JP6430290B2 - Magnetic resonance imaging system - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、磁気共鳴イメージング装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a magnetic resonance imaging apparatus.

従来、磁気共鳴イメージング装置による撮像法として、EPI(Echo Planar Imaging)が知られている。EPIは、1回のショットで完全な2D画像を取得できるため、速さが求められる場合に有効な撮像法である。このようなEPIでは、例えば、磁化率、化学シフト、不完全な磁場均一度調整、及び渦電流に関連して歪みが生じることがあり、これによってアーティファクト(例えば、ゴーストアーティファクト)が発生する場合がある。   Conventionally, EPI (Echo Planar Imaging) is known as an imaging method using a magnetic resonance imaging apparatus. Since EPI can acquire a complete 2D image with one shot, it is an effective imaging method when speed is required. Such EPI can cause distortions associated with, for example, magnetic susceptibility, chemical shifts, imperfect magnetic field uniformity adjustments, and eddy currents, which can result in artifacts (eg, ghost artifacts). is there.

米国特許出願公開第13/914160号US Patent Application Publication No. 13/914160

K.P.Pruessmann他、「SENSE:Sensitivity Encoding for Fast MRI)」、Magnetic Resonance in Medicine、42巻、952〜962ページ、1999年K.P. Pruessmann et al., “SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI”, Magnetic Resonance in Medicine, 42, 952-962, 1999 Bruder他、「Image Reconstruction for Echo Planar Imaging with Nonequidistant k-Space Sampling」、Magnetic Resonance in Medicine、23巻、311〜323ページ、1992年Bruder et al., “Image Reconstruction for Echo Planar Imaging with Nonequidistant k-Space Sampling”, Magnetic Resonance in Medicine, 23, 311-323, 1992 Buonocore他、「Ghost Artifact Reduction for Echo Planar Imaging Using Image Phase Correction)」、Magnetic Resonance in Medicine、38巻(1版)、89〜100ページ、1997年Buonocore et al., “Ghost Artifact Reduction for Echo Planar Imaging Using Image Phase Correction”, Magnetic Resonance in Medicine, 38 (1st edition), 89-100 pages, 1997 Chen他、「Removal of EPI Nyquist Ghost Artifacts With Two-Dimensional Phase Correction」、Magnetic Resonance in Medicine、51巻、1247〜1253ページ、2004年Chen et al., "Removal of EPI Nyquist Ghost Artifacts With Two-Dimensional Phase Correction", Magnetic Resonance in Medicine, 51, 1247-1253, 2004 Xu他、「Robust 2D Phase Correction for Echo Planar Imaging Under Tight Field-of-View」、Magnetic Resonance in Medicine、64巻、1800〜1813ページ、2010年Xu et al., “Robust 2D Phase Correction for Echo Planar Imaging Under Tight Field-of-View”, Magnetic Resonance in Medicine, 64, 1800-1813, 2010 Xiang他、「Correction for Geometric Distortion and N/2 Ghosting in EPI by Phase Labeling for Additional Coordinate Encoding (PLACE)、Magnetic Resonance in Medicine、57巻、731〜741ページ、2007年Xiang et al., "Correction for Geometric Distortion and N / 2 Ghosting in EPI by Phase Labeling for Additional Coordinate Encoding (PLACE), Magnetic Resonance in Medicine, 57, 731-741, 2007.

本発明が解決しようとする課題は、画像歪みの差に関連するアーティファクトが低減又は除去された画像を提供することができる磁気共鳴イメージング装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a magnetic resonance imaging apparatus capable of providing an image in which artifacts related to differences in image distortion are reduced or eliminated.

実施形態に係る磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging:MRI)装置は、シーケンス制御部と、生成部と、修正部と、補正部とを備える。シーケンス制御部は、被検体に対して、プリスキャン及びメインスキャンを含むシーケンスを実行する。生成部は、前記プリスキャンによって収集されたデータからプリスキャン画像及び補正マップをそれぞれ生成し、前記メインスキャンによって収集されたデータからメインスキャン画像を生成する。修正部は、前記メインスキャン画像と前記プリスキャン画像との間の幾何学的な歪みの差に基づいて、前記メインスキャン画像における幾何学的な歪みと実質的に同じ歪みを有するように前記補正マップを修正する。補正部は、修正後の補正マップを用いて、前記メインスキャン画像を補正する。   A magnetic resonance imaging (MRI) apparatus according to an embodiment includes a sequence control unit, a generation unit, a correction unit, and a correction unit. The sequence control unit executes a sequence including a pre-scan and a main scan on the subject. The generation unit generates a pre-scan image and a correction map from the data collected by the pre-scan, and generates a main scan image from the data collected by the main scan. The correction unit corrects the correction to have substantially the same distortion as the geometric distortion in the main scan image based on the geometric distortion difference between the main scan image and the pre-scan image. Modify the map. The correction unit corrects the main scan image using the corrected correction map.

図1は、一実施形態に係るEPIに関連するアーティファクトを低減するのに適したMRI装置の高度概略ブロック図である。FIG. 1 is a high level schematic block diagram of an MRI apparatus suitable for reducing artifacts associated with EPI according to one embodiment. 図2は、一実施形態に係るEPIにおけるアーティファクトを低減する技術のフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart of a technique for reducing artifacts in EPI according to an embodiment. 図3は、一実施形態に係る2次元(2D)歪みマップの推定を示す略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating estimation of a two-dimensional (2D) distortion map according to one embodiment. 図4は、一実施形態に係るプリスキャン画像におけるFOV(Field Of View)を拡げる工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a process of expanding FOV (Field Of View) in a pre-scan image according to an embodiment. 図5は、一実施形態に係るメインスキャン画像を補正するためのシフト量の推定をグラフで示す図である。FIG. 5 is a graph showing the estimation of the shift amount for correcting the main scan image according to the embodiment. 図6は、一実施形態に係るメインスキャン画像を補正するためのシフト量の推定をグラフで示す図である。FIG. 6 is a graph showing the estimation of the shift amount for correcting the main scan image according to the embodiment. 図7は、一実施形態に係るゴーストのある画像、従来のゴースト補正マップ、及び歪ませたゴースト補正マップの例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating examples of a ghosted image, a conventional ghost correction map, and a distorted ghost correction map according to an embodiment.

以下に、図面に基づいて、MRI装置の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of an MRI apparatus will be described in detail based on the drawings.

図1に示すMRI装置20は、ガントリ10(概略断面で示す)と、これに接続された各種の関連システム構成要素とを有する。少なくともガントリ10は、通常はシールドルーム内に配置される。図1に示すMRI装置20の構造は、実質的に同軸の円筒形に配置された静磁場(B)磁石12と、Gx、Gy、及びGzの傾斜磁場コイル14と、大型のRFコイルである全身用コイル(Whole Body Coil:WBC)16とを有する。この円筒形に配置される要素の横軸に沿って、被検体(患者等)用の寝台11によって支持された被検体9の頭部を実質的に取り囲むように、イメージングボリューム18が示される。1つ以上の小型のRFコイルであるアレイコイル(Array Coil:AC)19を、イメージングボリューム18内で被検体の頭部(以後、「スキャン対象」又は「被検体」等と呼ぶ)に、より近接して結合してもよい。当業者には明らかなように、表面コイル等のように、WBCと比較して小さいコイルやACは、特定の身体部分(例えば、腕、肩、肘、手首、膝、脚、胸、背骨等)に合わせて設計されることが多い。以後、そのような小型のRFコイルを、AC又はフェーズドアレイコイル(Phased Array Coil:PAC)と呼ぶ。これらは、RF信号をイメージングボリューム18内に送信するよう構成された少なくとも1つのコイルと、イメージングボリュームにおいて、上記の例における被検体の頭部等の被検体からのRF信号を受信するよう構成された複数の受信コイルとを含んでもよい。 The MRI apparatus 20 shown in FIG. 1 includes a gantry 10 (shown in a schematic cross section) and various related system components connected thereto. At least the gantry 10 is usually arranged in a shield room. The structure of the MRI apparatus 20 shown in FIG. 1 includes a static magnetic field (B 0 ) magnet 12 arranged in a substantially coaxial cylindrical shape, a gradient magnetic field coil 14 of Gx, Gy, and Gz, and a large RF coil. It has a whole body coil (WBC) 16. An imaging volume 18 is shown so as to substantially surround the head of the subject 9 supported by the subject (patient or the like) bed 11 along the horizontal axis of the cylindrically arranged elements. An array coil (AC) 19, which is one or more small RF coils, is placed on the head of the subject (hereinafter referred to as “scan target” or “subject”) in the imaging volume 18. You may combine in close proximity. As will be apparent to those skilled in the art, a coil or AC that is small compared to a WBC, such as a surface coil, can be used for certain body parts (eg, arms, shoulders, elbows, wrists, knees, legs, chest, spine, etc. ) Is often designed to match. Hereinafter, such a small RF coil is referred to as an AC or a phased array coil (PAC). These are configured to receive at least one coil configured to transmit an RF signal into the imaging volume 18 and an RF signal from a subject such as the head of the subject in the above example in the imaging volume. And a plurality of receiving coils.

MRIシステム制御部22は、ディスプレイ24、キーボード26、及びプリンタ28に接続された入出力ポートを有する。当然のことながら、ディスプレイ24は、制御入力もできるようにタッチスクリーンタイプのものであってもよく、マウス等の入出力装置を設けてもよい。   The MRI system control unit 22 has an input / output port connected to a display 24, a keyboard 26, and a printer 28. As a matter of course, the display 24 may be of a touch screen type so that control input can be performed, or an input / output device such as a mouse may be provided.

MRIシーケンス制御部30は、MRIシステム制御部22が接続され、Gx、Gy、及びGzの傾斜磁場コイルドライバ32、並びにRF送信器34及び送受信スイッチ36(同じRFコイルが送信と受信の両方に使用される場合)を制御する。MRIシーケンス制御部30は、パラレルイメージングを含むMRIイメージング(核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance:NMR)イメージングとしても知られている)技術を実装するための適切なプログラムコード構造38を含む。MRIシーケンス制御部30は、EPIやパラレルイメージング用に構成されてもよい。さらに、MRIシーケンス制御部30により、1回以上の準備スキャン(プリスキャン)シーケンス、及びメインスキャン画像(診断画像と呼ぶこともある)を取得するためのスキャンシーケンスを行ってもよい。プリスキャンからのMRデータを用いて、例えば、RFコイル16やRFコイル19用の感度マップ(コイル感度マップ又は空間感度マップと呼ぶこともある)を生成してもよく、また、パラレルイメージングの展開用の折り返しマップを生成してもよい。一実施形態では、本明細書においてEPIプリスキャンと呼ぶプリスキャンが、1回以上のEPIメインスキャンに対して実行される。   The MRI sequence control unit 30 is connected to the MRI system control unit 22, and includes Gx, Gy, and Gz gradient coil driver 32, and an RF transmitter 34 and a transmission / reception switch 36 (the same RF coil is used for both transmission and reception). Control). The MRI sequence controller 30 includes a suitable program code structure 38 for implementing MRI imaging (also known as Nuclear Magnetic Resonance (NMR) imaging) techniques including parallel imaging. The MRI sequence control unit 30 may be configured for EPI or parallel imaging. Further, the MRI sequence control unit 30 may perform one or more preparation scan (pre-scan) sequences and a scan sequence for acquiring a main scan image (sometimes referred to as a diagnostic image). For example, a sensitivity map (sometimes referred to as a coil sensitivity map or a spatial sensitivity map) for the RF coil 16 or the RF coil 19 may be generated using the MR data from the pre-scan, and parallel imaging is developed. A return map may be generated. In one embodiment, a prescan, referred to herein as an EPI prescan, is performed for one or more EPI main scans.

MRI装置20は、ディスプレイ24に送られる処理画像データを作成するために、入力をMRIデータ処理部42に送るRF受信器40を有する。また、MRIデータ処理部42は、前に生成されたMRデータや、画像や、例えば、コイル感度マップ、パラレルイメージングの展開用の折り返しマップ、ゴースト低減マップ、歪みマップ(例えば、一実施形態に係るプリスキャン画像とメインスキャン画像との差を示すマップ)等のマップや、システム構成パラメータ46、並びにMR画像再構成プログラムコード構造44及び50へのアクセス用に構成される。   The MRI apparatus 20 has an RF receiver 40 that sends input to the MRI data processing unit 42 in order to create processed image data to be sent to the display 24. In addition, the MRI data processing unit 42 may generate MR data and images generated before, for example, a coil sensitivity map, a folding map for developing parallel imaging, a ghost reduction map, and a distortion map (for example, according to an embodiment). Configured to access a map such as a map showing the difference between a pre-scan image and a main-scan image), system configuration parameters 46, and MR image reconstruction program code structures 44 and 50.

また図1に、MRI装置のプログラム記憶装置50の一般的な説明を示す。プログラム記憶装置50では、(例えば、ゴーストアーティファクトを低減又は除去した画像再構成のためや、グラフィカルユーザーインタフェースを規定し、それに対する操作者の入力を受け取るための)格納されたプログラムコード構造が、MRI装置の各種データ処理構成要素へアクセス可能な非一時的コンピュータ可読記憶媒体に格納される。当業者には明らかなように、プログラム記憶装置50をセグメント化して、少なくとも一部分を、MRI装置20の処理コンピュータのうち、通常操作においてそのような格納されたプログラムコード構造を最優先で必要とする別のコンピュータに直接接続してもよい(すなわち、MRIシステム制御部22に普通に格納したり直接接続するのではなく)。   FIG. 1 shows a general description of the program storage device 50 of the MRI apparatus. In program storage 50, stored program code structures (eg, for image reconstruction with reduced or eliminated ghost artifacts, or for defining a graphical user interface and receiving operator input thereto) are stored in MRI. Stored in a non-transitory computer readable storage medium accessible to the various data processing components of the device. As will be apparent to those skilled in the art, the program storage 50 is segmented to require at least a portion of such stored program code structure in normal operation among the processing computers of the MRI apparatus 20 with highest priority. It may be connected directly to another computer (ie, not normally stored or directly connected to the MRI system controller 22).

実際に、当業者には明らかなように、図1は、後述する例示的実施形態を実現するために変更された典型的なMRI装置の、非常に高度な概略図を示したものである。システムの構成要素は様々な論理集合の「ボックス」に分割することができ、通常、多数のデジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor:DSP)と、マイクロプロセッサと、専用処理回路(例えば、高速AD変換用、高速フーリエ変換用、アレイ処理等用)とを含む。これらのプロセッサの各々は、通常、クロック制御された「状態マシン」であり、物理データ処理回路は、クロックサイクル(または、所定数のクロックサイクル)毎に、ある物理状態から別の物理状態に移る。   Indeed, as will be apparent to those skilled in the art, FIG. 1 shows a very high level schematic of a typical MRI apparatus that has been modified to implement the exemplary embodiments described below. The components of the system can be divided into “boxes” of various logical sets, usually with a large number of digital signal processors (DSPs), microprocessors and dedicated processing circuits (eg for high-speed AD conversion). , For fast Fourier transform, for array processing, etc.). Each of these processors is typically a clocked “state machine”, and the physical data processing circuit moves from one physical state to another every clock cycle (or a predetermined number of clock cycles). .

処理回路(例えば、CPU、レジスタ、バッファ、演算装置)の物理状態が、操作過程であるクロックサイクルから別のクロックサイクルに徐々に変化するだけでなく、関連データ記憶媒体の物理状態(例えば、磁気記憶媒体内のビット記憶場所)も、このようなシステムの操作過程において、ある状態から別の状態に変換される。例えば、画像再構成処理や時として画像再構成マップ(例えば、コイル感度マップ、展開用の折り返しマップ、ゴーストマップ、歪みマップ)生成処理の終わりに、物理的記憶媒体内のコンピュータ可読でアクセス可能なデータ値の記憶場所の配列は、ある先行状態(例えば、全て一様に「0」値、又は全て「1」値)から新しい状態に変換される。そのような配列の物理的場所の物理状態は、最小値と最大値との間で変化し、実世界の物理的事象及び物理的条件(例えば、イメージングボリューム空間内の被検体の内部物理構造)を表す。当業者には明らかなように、命令レジスタに順次読み込まれMRI装置20の1つ以上のCPUによって実行されたときに、MRI装置内で特定のシーケンスの動作状態を引き起こし遷移させる特定構造のコンピュータ制御プログラムコードと同様に、そのような格納データ値の配列は物理的構造を表し構成する。   Not only does the physical state of a processing circuit (eg, CPU, register, buffer, computing device) gradually change from one clock cycle to another, but also the physical state (eg, magnetic) of the associated data storage medium. Bit storage locations in the storage medium are also converted from one state to another during the operation of such a system. For example, at the end of the image reconstruction process and sometimes the image reconstruction map (e.g., coil sensitivity map, unfolding fold map, ghost map, distortion map) generation process, computer readable and accessible in physical storage media The array of data value locations is converted from a certain previous state (eg, all uniformly “0” values or all “1” values) to a new state. The physical state of the physical location of such an array varies between minimum and maximum values, real-world physical events and physical conditions (eg, the internal physical structure of the subject in the imaging volume space). Represents. As will be apparent to those skilled in the art, a specific structure of computer control that causes a particular sequence of operating states to cause and transition within the MRI apparatus when sequentially read into the instruction register and executed by one or more CPUs of the MRI apparatus 20 Similar to program code, such an array of stored data values represents and constitutes a physical structure.

以下に説明する例示的実施形態は、画像歪みの差に関連するアーティファクトが低減又は除去されたEPI画像を提供する。本明細書に記載する実施形態の多くはEPI向けのものだが、本明細書に記載する、画像歪みの差に関連するアーティファクトを除去又は低減する技術を、EPIにより収集されるMR画像以外のMR画像(他のMRIパルスシーケンスにより収集されるMR画像)に適用してもよい。   The exemplary embodiments described below provide EPI images with reduced or eliminated artifacts related to image distortion differences. Although many of the embodiments described herein are for EPI, the techniques described herein for removing or reducing artifacts related to image distortion differences are MRs other than MR images collected by EPI. It may be applied to images (MR images acquired by other MRI pulse sequences).

MR画像は、k空間内のそれぞれ対応する点に対して空間的にエンコードされる核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance:NMR)RF応答信号(例えば、エコーデータ)を収集することにより、形成される。RF応答信号は、通常、設定されたMRIパルスシーケンスに従ってk空間を2次元的又は3次元的に「横断」することにより生成される。周波数エンコード空間的エンコード方向(例えば、x軸に沿って)のエコーデータの取得は、通常は高速であり数ミリ秒程度である。しかし、位相エンコード軸(例えば、y軸)に沿って、適用される位相エンコード磁場勾配の異なる値を用いて各点がサンプリングされる。したがって、通常、MR画像の取得時間は、主に位相エンコードステップの数によって決まる。   An MR image is formed by collecting a nuclear magnetic resonance (NMR) RF response signal (eg, echo data) that is spatially encoded for each corresponding point in k-space. The RF response signal is typically generated by “traversing” k-space in two or three dimensions according to a set MRI pulse sequence. Acquisition of echo data in the frequency encoding spatial encoding direction (eg, along the x-axis) is usually fast and is on the order of a few milliseconds. However, each point is sampled with a different value of the applied phase encode field gradient along the phase encode axis (eg, the y axis). Therefore, generally, the acquisition time of the MR image is mainly determined by the number of phase encoding steps.

パラレルイメージングでは、k空間を位相エンコード方向に沿ってアンダーサンプリングすることにより、収集時間を短縮できる。多くのパラレルイメージング技術において、位相エンコード方向に沿ってサンプリングされるk空間の点の数が減少するため、収集時間が大幅に短縮される。位相エンコード方向に沿って各点をサンプリングする代わりに、パラレルイメージング技術により、空間的にエンコードされた信号の強度と、RFコイル(例えば、PAC)固有のコイル位置決め情報とを提供する空間RF送受信パターンの使用が可能となり、位相エンコード方向に沿ってより少ない選択点のサンプルを用いてMR画像が再構成される。また、パラレルイメージングに基づき再構成された画像では、空間分解能が改善されうる。非特許文献1に、パラレルイメージング及び再構成技術が記載されており、その内容は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。パラレルイメージング及び再構成技術の別の例として、株式会社東芝のMRI装置において利用可能なSPEEDER(登録商標)がある。   In parallel imaging, the acquisition time can be shortened by undersampling the k-space along the phase encoding direction. In many parallel imaging techniques, the acquisition time is significantly reduced because the number of k-space points sampled along the phase encoding direction is reduced. Spatial RF transmit / receive patterns that provide spatially encoded signal strength and coil positioning information specific to the RF coil (eg, PAC) by parallel imaging techniques instead of sampling each point along the phase encoding direction And the MR image is reconstructed with fewer samples of selected points along the phase encoding direction. Also, spatial resolution can be improved in images reconstructed based on parallel imaging. Non-Patent Document 1 describes a parallel imaging and reconstruction technique, the contents of which are incorporated herein in their entirety by reference. Another example of parallel imaging and reconstruction technology is SPEEDER® available on Toshiba MRI machines.

EPIは、収集時間を低減するための別のイメージング技術である。EPIは、速さが極めて重要な場合に、MRIで用いられることが多い。EPIの適用には、1回のショットで完全な2D画像を取得できるという利点がある。2Dのk空間エンコードが1回の励起又は1つのスピン干渉経路から収集されると、2Dの収集結果(又は3Dの収集結果)が生成される。完全な2D画像を1回のショットで収集することには、例えば、被検体の動き(例えば、収集ショット間の被検体の動き)に対して補償の必要がない、又は補償の必要性が低減されるといった効果がある。EPIでは、一般に、1列のk空間エンコードデータが1ミリ秒程度で一度に収集され、2D配列のk空間エンコードデータが20〜120ミリ秒程度で一度に収集される。   EPI is another imaging technique to reduce acquisition time. EPI is often used in MRI where speed is critical. The application of EPI has the advantage that a complete 2D image can be acquired with a single shot. When a 2D k-space encoding is collected from a single excitation or one spin interference path, a 2D acquisition result (or 3D acquisition result) is generated. Collecting a complete 2D image in a single shot, for example, does not require compensation for subject movement (eg, subject movement between collection shots) or reduces the need for compensation There is an effect that is done. In EPI, generally, one row of k-space encoded data is collected at a time in about 1 millisecond, and 2D array k-space encoded data is collected at a time in about 20 to 120 milliseconds.

1回のショットで完全な画像を取得することは、例えば、拡散(拡散強調イメージング(Diffusion Weighted Imaging:DWI)等)、ファンクショナルMRI(Functional MRI:FMRI)、及び潅流(動的磁化率コントラスト(Dynamic Susceptibility Contrast:DSC)増強法、又は動脈スピン標識法(Arterial Spin Labeling:ASL)の適用では大変望ましい。EPIについてMRメーカーに対してしばしば求められるのは、拡散強調EPIによる起こり得る急性脳出血(脳卒中)の診断等への応用である。   Acquiring a complete image in a single shot includes, for example, diffusion (Diffusion Weighted Imaging (DWI), etc.), functional MRI (Functional MRI: FMRI), and perfusion (dynamic susceptibility contrast ( The application of Dynamic Susceptibility Contrast (DSC) augmentation or Arterial Spin Labeling (ASL) is highly desirable, and MR manufacturers often require the use of diffusion-weighted EPI for possible acute cerebral hemorrhage (stroke) ) For diagnosis and the like.

しかし、EPIには、例えば、磁化率、化学シフト、不完全な磁場均一度調整、及び渦電流に関連する大きな歪みという欠点がある。傾斜磁場のハードウエア設計、RFコイル、シールド等により、傾斜磁場渦電流が発生することがあり、これによってEPIにおいてゴーストが生じる。非対称のRF受信周波数応答等の不備が、空間依存性のEPIゴーストの原因となる。従来の収集エンコード及び再構成では、このような歪みの空間的位置ずれを起こす可能性がある。   However, EPI has drawbacks such as susceptibility, chemical shift, imperfect magnetic field uniformity adjustment, and large distortion associated with eddy currents. Gradient magnetic field eddy currents may be generated by gradient magnetic field hardware design, RF coils, shields, etc., which causes ghosts in EPI. Inadequacies such as an asymmetrical RF reception frequency response cause spatially dependent EPI ghosts. Conventional acquisition encoding and reconstruction can cause such a spatial misalignment of distortion.

空間的な位置ずれは、どのようなタイプのMRIにも起こり得るが、EPIにおいて特に顕著であることが多い。効率化の理由で、両方向のEPIメインスキャンの読み出しを利用して、k空間における複数の異なる線をサンプリングする。2つの交互の極性読み出し間のエンコード不整合が、標準的な再構成において誤差を招き、特に「N/2ゴースト」としても知られている典型的な「ナイキストゴースト」の原因となる。   Spatial misregistration can occur with any type of MRI, but is often particularly noticeable in EPI. For efficiency reasons, a plurality of different lines in k-space are sampled using bi-directional EPI main scan readout. Encoding mismatch between two alternating polarity readouts introduces errors in standard reconstructions, and in particular causes a typical “Nyquist ghost”, also known as “N / 2 ghost”.

特に、k空間を高速のジグザグパターンで横断する(例えば、読み出し(Readout:RO)傾斜磁場が交互に入れ替えられて、k空間を前後に横切る)場合、y方向(例えば、通常位相エンコードブリップを用いてエンコードされる位相エンコード方向)は、x方向(例えば周波数エンコード方向)よりも低速で横断される。これにより、(例えば、位相エンコード方向の)第2の傾斜磁場が第1の傾斜磁場よりかなり弱くなる場合があり、このため位相エンコード方向に沿ってより大きな歪みが生じることになる。意図せずにより低速で信号位相を蓄積すると、異常な位相エンコード、特に、画像の位相エンコード方向における空間位置ずれが生じる。   In particular, when the k-space is traversed in a high-speed zigzag pattern (for example, the readout (RO) gradient magnetic field is alternately replaced and crosses the k-space back and forth), the y-direction (for example, a normal phase encoding blip is used) Phase encoding direction) is traversed at a slower rate than the x direction (eg, frequency encoding direction). This may cause the second gradient magnetic field (eg, in the phase encode direction) to be significantly weaker than the first gradient magnetic field, resulting in greater distortion along the phase encode direction. If the signal phase is unintentionally accumulated at a low speed, abnormal phase encoding, in particular, spatial positional deviation in the phase encoding direction of the image occurs.

パラレルイメージングは、特により高い磁界強度(例えば、3T)において、必然的に生じる歪みを低減するため、かつ空間解像度を維持するために、EPIに含まれることが多い。パラレルイメージング法は、意図的に適用される位相エンコードに対して、意図しない信号位相が蓄積されることの影響を低減することができる。このため、幾何学的歪みを、収集パラレルイメージング加速係数で、多くの場合1/2又は1/3程度に低減することができる。   Parallel imaging is often included in EPI to reduce the inevitably occurring distortion and maintain spatial resolution, especially at higher magnetic field strengths (eg, 3T). The parallel imaging method can reduce the influence of unintended signal phase accumulation on intentionally applied phase encoding. For this reason, geometric distortion can be reduced to about 1/2 or 1/3 in many cases with the acquired parallel imaging acceleration factor.

しかし、パラレルイメージングでは、出力診断画像に、再構成アーティファクト等のさらに他の歪みアーティファクトが生じることがある。再構成アーティファクトは、主に、位相エンコード方向の(画像再構成領域を減らすための)アンダーサンプリングで取得した中間的な画像に基づき所望の診断画像を得るために必要とされる展開処理に起因する。「展開」とは、所望の診断画像を生成するために複数の折り返し画像を組み合わせる処理である。多くの場合、複数の折り返し画像は、それぞれが異なるRF受信コイルから収集された点というで、互いに異なる。   However, in parallel imaging, other distortion artifacts such as reconstruction artifacts may occur in the output diagnostic image. The reconstruction artifacts are mainly due to the development process required to obtain the desired diagnostic image based on the intermediate image obtained by undersampling (to reduce the image reconstruction area) in the phase encoding direction. . “Development” is a process of combining a plurality of folded images in order to generate a desired diagnostic image. In many cases, the multiple folded images differ from each other in that each is collected from a different RF receiver coil.

多くのパラレルイメージング技術では、2つの異なる画像取得法を用いて最終診断画像を再構成する。メインスキャンに加えて、コイル校正プリスキャン画像も最終診断画像に役立つ。メインスキャンでは、折り返されていない画像再構成領域が狭いため、画素が折り返される。メインスキャンによっては、例えば、EIPメインスキャンにおいては、MR信号が、対応するコイル校正スキャン画像(または、対応するコイル感度マップ)と比べて折り返し防止を行う前に位置ずれを起こす(または、ずらされる)ことがある。この不具合が解決されなければ、展開アーティファクトが最終診断画像に現れるおそれがある。これらのアーティファクトのうち最も深刻なものは、位相エンコード方向にシフトした不連続な折り返しエラーの領域として現れる。また、これらのアーティファクトは、特定の場所における不完全な信号もしくは増加した雑音(低下した信号対雑音比(signal-to-noise ratio:SNR))、或いは、このような特徴の一部又は全ての組み合わせとして、現れる可能性がある。   Many parallel imaging techniques reconstruct the final diagnostic image using two different image acquisition methods. In addition to the main scan, the coil calibration prescan image is also useful for the final diagnostic image. In the main scan, since the image reconstruction area that has not been folded is narrow, the pixels are folded. Depending on the main scan, for example, in the EIP main scan, the MR signal is displaced (or shifted) before the aliasing prevention is performed as compared with the corresponding coil calibration scan image (or the corresponding coil sensitivity map). )Sometimes. If this defect is not solved, the development artifact may appear in the final diagnostic image. The most serious of these artifacts appears as a region of discontinuous aliasing errors shifted in the phase encoding direction. These artifacts can also be due to imperfect signals or increased noise (reduced signal-to-noise ratio (SNR)) at certain locations, or some or all of such features. May appear as a combination.

メインスキャン画像において、多くの場合、ゴーストのアーティファクトレベルが低くあること、場合によっては「適正な」すなわち「ゴーストのない」信号の強度の例えば2%未満であることが望ましい。したがって、磁化率歪み又はオフレゾナンスの本来のEPI歪みが存在する場合、効果的な2D空間依存性の補正が必要である。   In the main scan image, it is often desirable that the ghost artifact level be low, and in some cases less than 2% of the intensity of the “right” or “ghost-free” signal. Therefore, effective 2D spatial dependence correction is required when there is susceptibility distortion or off-resonance inherent EPI distortion.

EPI画像におけるゴーストアーティファクトは、収集時間を長くしたりシングルショットによる時間エンコードをなくしたりする等の様々な技術コストを伴えば、ある程度補正することができる。例えば、データ補正係数のスカラー推定値を用いてゴーストを低減する等の従来の技術を用いてもよい。多くの場合、画像における2つの読み出し極性の整合性を向上させるために、0次定数及び1次定数を適用できる。   Ghost artifacts in EPI images can be corrected to some extent with various technical costs such as lengthening the acquisition time or eliminating time encoding by single shots. For example, a conventional technique such as reducing a ghost using a scalar estimated value of a data correction coefficient may be used. In many cases, zero order constants and first order constants can be applied to improve the consistency of the two readout polarities in the image.

EPIにおいて、又はパラレルイメージングにおいて、又はパラレルイメージングと組み合わせたEPIにおいて、ゴーストアーティファクトを補正する他の従来技術として、より高度なゴースト補正に空間的変動を適用することが挙げられる。非特許文献2や非特許文献3に記載された技術等を用いて、1D補正を推定して適用することができる。また、非特許文献4、非特許文献5、特許文献1に記載された技術等を用いて、2D補正を推定して適用することができる。特許文献1は、参照することによりその全体が本明細書に含まれる。   Another conventional technique for correcting ghost artifacts in EPI, or in parallel imaging, or in EPI combined with parallel imaging, is to apply spatial variation to more advanced ghost correction. 1D correction can be estimated and applied using techniques described in Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3. Further, 2D correction can be estimated and applied using the techniques described in Non-Patent Document 4, Non-Patent Document 5, and Patent Document 1. Patent Document 1 is incorporated herein in its entirety by reference.

時間シフトした複数回の収集又は複数方向の位相エンコードを用いてEPI歪みを反転させることは、EPIの幾何学的歪みを補正する技術の例である。非特許文献6は、時間シフトした複数回の収集を用いる技術の例を記載している。EPI画像が歪んでいると、信号が「積み重なる」可能性があり、また複数の位置が1つの歪んだ位置にマッピングされる可能性もあり、又は、信号の大きな領域がはるかに小さな領域に圧縮される可能性もある。そのような領域を「反転させること」は、シングルEPIショットではできないことがある。   Inverting EPI distortion using time-shifted multiple acquisitions or multi-directional phase encoding is an example of a technique for correcting EPI geometric distortion. Non-Patent Document 6 describes an example of a technique using a plurality of time-shifted acquisitions. If the EPI image is distorted, the signal may “stack”, multiple locations may be mapped to one distorted location, or a large area of the signal may be compressed into a much smaller area There is also a possibility that. “Inverting” such an area may not be possible with a single EPI shot.

実施形態によっては、コイル感度の2Dパラメータマップを用いてパラレルイメージング補正を実行し、また、位相補正パラメータ又は複素数値をもつゴースト補正値の2Dマップを用いてナイキストゴースト補正を実行する。これらのゴースト補正マップは、プリスキャンによって収集されたMRデータに基づく。   In some embodiments, parallel imaging correction is performed using a 2D parameter map of coil sensitivity, and Nyquist ghost correction is performed using a 2D map of ghost correction values having phase correction parameters or complex values. These ghost correction maps are based on MR data collected by prescan.

EPIメインスキャンに関連付けられたゴースト補正マップが、メインスキャン画像の幾何学的歪みとは異なる幾何学的歪みを示す場合、実際の空間的位置ずれが、再構成におけるデータセット間に存在する。   If the ghost correction map associated with the EPI main scan exhibits a geometric distortion that differs from the geometric distortion of the main scan image, an actual spatial misalignment exists between the data sets in the reconstruction.

本明細書に記載の実施形態は、1つ以上のプリスキャン画像とメインスキャン画像との歪み差を推定し、プリスキャン画像がメインスキャン画像と実質的に同じ量の歪みを有するように、プリスキャン画像を意図的に歪ませる。そして、1つ以上の意図的に歪ませたプリスキャン画像及びメインスキャン画像に基づいて、最終的に再構成される。   Embodiments described herein estimate a distortion difference between one or more pre-scan images and a main scan image, so that the pre-scan image has substantially the same amount of distortion as the main scan image. Deliberately distort the scanned image. Finally, reconstruction is performed based on one or more intentionally distorted pre-scan images and main scan images.

一実施形態では、ゴースト補正マップ及び意図的に歪ませたプリスキャン画像を決定するために、同じEPIプリスキャンを用いることができる。さらに、EPIプリスキャンは、通常実行されるプリスキャンであってもよく、そうすれば全体の収集時間(すなわち被検体のスループット)を増やす必要がない。実施形態のさらなる利点を、請求項の前のこの説明の最後を含め以下に示す。   In one embodiment, the same EPI prescan can be used to determine the ghost correction map and the intentionally distorted prescan image. Furthermore, the EPI pre-scan may be a pre-scan that is normally executed, and it is not necessary to increase the total acquisition time (that is, the throughput of the subject). Further advantages of the embodiments are given below, including the end of this description before the claims.

図2は、一実施形態に係るEPIを用いるMRI装置におけるゴーストアーティファクトを低減又は除去する方法200のフローチャートを示す。当然のことながら、工程202〜228のうち1つ以上を実行しなくてもよく、図2に示したものと異なる順番で実行してもよい。例えば、方法200は、MRIデータ処理部42及びMRIシステム制御部22の1つ以上により実行や制御がなされてもよく、プログラム記憶装置50、MRI画像再構成プログラムコード構造44、画像メモリ46等のメモリにアクセスしてもよい。   FIG. 2 shows a flowchart of a method 200 for reducing or eliminating ghost artifacts in an MRI apparatus using EPI according to one embodiment. Of course, one or more of the steps 202-228 may not be performed and may be performed in a different order than that shown in FIG. For example, the method 200 may be executed and controlled by one or more of the MRI data processing unit 42 and the MRI system control unit 22, such as the program storage device 50, the MRI image reconstruction program code structure 44, the image memory 46, etc. Memory may be accessed.

方法200に対応するサブルーチンを入力した後、少なくとも1回のEPIメインスキャンと、EPIプリスキャンを含む1回以上のプリスキャンとに対応するMRデータセットを収集するために、MRI装置によって工程202が実行される。   After entering a subroutine corresponding to method 200, step 202 is performed by the MRI apparatus to collect MR data sets corresponding to at least one EPI main scan and one or more prescans including an EPI prescan. Executed.

工程202は、EPIメインスキャン(多くの場合、パラレルイメージングによって加速される)MRデータを収集するステップを含む。EPIメインスキャンは、上記のように、かなりの量の幾何学的歪みを含む。EPIメインスキャンは、従来技術によって再構成される場合、通常ゴーストアーティファクトを含む。このようなゴーストアーティファクトは、診断目的等で使用される最終的なMR画像が生成される前に、低減又は除去されることが望ましい。   Step 202 includes collecting EPI main scan (often accelerated by parallel imaging) MR data. An EPI main scan includes a significant amount of geometric distortion, as described above. EPI main scans usually contain ghost artifacts when reconstructed according to the prior art. Such ghost artifacts are desirably reduced or eliminated before the final MR image used for diagnostic purposes or the like is generated.

工程202は、EPIプリスキャンのデータセットやパラレルイメージングのコイル感度プリスキャン(EPIメインスキャンの前に行われることが多い)のデータセットを収集するステップも含む。これらのプリスキャンは、通常、EPIメインスキャンと異なる歪み量を有する。   Step 202 also includes collecting EPI pre-scan data sets and parallel imaging coil sensitivity pre-scan data sets (often performed prior to EPI main scan). These pre-scans usually have a different amount of distortion than the EPI main scan.

撮像された被検体がFOV内で収縮して、その結果、FOV内でゴーストアーティファクトやパラレルイメージングのいずれかによって重ならないように、位相エンコード強度を低くしてEPIプリスキャンが実行される(これは、FOVを位相エンコード方向に拡げることと見なしてもよい)。実際、この効果は、EPIプリスキャンのブリップ(例えば、位相エンコード傾斜磁場)を、EPIメインスキャンのブリップに対して1/2〜1/3程度に減らすことによって得られる。EPIプリスキャンはパラレルイメージングを用いずに実行されるので、EPIプリスキャンのブリップの強度は、パラレルイメージングで用いられる並列化係数で(例えば、多くの適用例において1/2〜1/3に)さらに低減してもよい。このため、実施形態によっては、パラレルイメージングを含むEPIメインスキャンに対し、EPIプリスキャンのブリップを例えば1/4〜1/9に減らしてもよい。撮像される被検体とEPIプリスキャンにおけるゴーストとを明確に分離することにより、被検体における信号の量とゴーストにおける信号の量を決定でき、また、様々な位置におけるメインスキャン画像の信号とゴースト画像の信号との相対的位相差等、さらに有益な情報が得られる。   The EPI pre-scan is performed with a low phase encoding intensity so that the imaged subject contracts in the FOV and consequently does not overlap in the FOV due to either ghost artifacts or parallel imaging (this is , FOV may be regarded as spreading in the phase encoding direction). In fact, this effect can be obtained by reducing the EPI pre-scan blip (for example, phase encoding gradient magnetic field) to about 1/2 to 1/3 of the EPI main scan blip. Since EPI prescan is performed without parallel imaging, the EPI prescan blip strength is the parallelization factor used in parallel imaging (eg, 1/2 to 1/3 in many applications). It may be further reduced. Therefore, depending on the embodiment, the EPI pre-scan blip may be reduced to, for example, ¼ to 1/9 with respect to the EPI main scan including parallel imaging. By clearly separating the object to be imaged from the ghost in the EPI pre-scan, the amount of signal in the object and the amount of signal in the ghost can be determined, and the signal of the main scan image and the ghost image at various positions Further useful information such as a relative phase difference from the signal of the signal can be obtained.

工程202では、MRデータも得られ、工程204では、このMRデータからEPIメインスキャンの折り返されたままの画像が生成される。工程202から得られるEPIプリスキャンのMRデータは、工程206における1つ以上のコイル感度マップの生成や、工程208における展開用の折り返しマップの生成や、工程210におけるプリスキャン画像の生成に用いられる。コイル感度マップを、パラレルイメージングから展開する際に用いてもよい。また、工程202で従来技術が用いられてもよく、工程204におけるメインスキャン画像と、工程206におけるコイル感度マップと、工程208における折り返しマップと、工程210におけるプリスキャン画像とを形成するために従来技術が用いられてもよい。   In step 202, MR data is also obtained. In step 204, an unfolded image of the EPI main scan is generated from the MR data. The EPI pre-scan MR data obtained from step 202 is used to generate one or more coil sensitivity maps in step 206, a folding map for development in step 208, and a pre-scan image in step 210. . The coil sensitivity map may be used when developing from parallel imaging. Conventional techniques may also be used in step 202, which is conventional for forming the main scan image in step 204, the coil sensitivity map in step 206, the folding map in step 208, and the prescan image in step 210. Techniques may be used.

一実施形態によると、アーティファクト、特に異なる幾何学的歪みに少なくとも部分的に起因するアーティファクトを除去又は低減する技術により、幾何学的歪みの差を補正するための新たな改善プロセスへの入力として、工程204から折り返しのあるメインスキャン画像が得られ、工程206や208、210から1つ以上の画像が得られる。幾何学的な歪みの差を補正するプロセスの例では、工程204〜210から得られる画像の2つを整合させるために必要となるような画素シフト(例えば、様々に歪んだ画像においてそれぞれ対応する画素のシフト)の量を算出する。好ましくは、シフト量は、異なる歪みを有するメインスキャン画像とプリスキャン画像とに基づいて決定される。このようにして決定された画素毎のシフト量より、相対的な歪みマップが得られる。   According to one embodiment, as an input to a new refinement process to correct for geometric distortion differences by techniques to remove or reduce artifacts, particularly artifacts due at least in part to different geometric distortions. A folded main scan image is obtained from step 204, and one or more images are obtained from steps 206, 208, and 210. An example process for correcting for geometric distortion differences involves pixel shifts as needed to align two of the images from steps 204-210 (eg, corresponding to differently distorted images, respectively). The amount of pixel shift) is calculated. Preferably, the shift amount is determined based on the main scan image and the pre-scan image having different distortions. A relative distortion map is obtained from the shift amount for each pixel determined in this way.

EPIメインスキャンとEPIプリスキャンとでは、それぞれに用いられる位相エンコード傾斜磁場の強度が異なる。歪み量、すなわちメインスキャン画像及びプリスキャン画像の要素が位相エンコード方向にシフトする距離は、傾斜磁場の強度に関連する。例えば、メインスキャンの位相エンコードブリップがプリスキャンの位相エンコードブリップの6倍であるEPIプリスキャンとEPIメインスキャンとを考える。この例では、プリスキャン画像における歪みが、EPIメインスキャンにおける歪みよりも位相エンコード方向に6倍大きくなり得る。位相エンコード方向の歪みは、飛び抜けて支配的な幾何学的歪みである。バックグラウンド周波数誤差は、位相エンコード傾斜磁場が弱いほど、位相エンコード傾斜磁場に対してより大きな影響を与える。   The EPI main scan and the EPI pre-scan have different phase encoding gradient magnetic field strengths. The amount of distortion, that is, the distance by which the elements of the main scan image and the prescan image are shifted in the phase encoding direction is related to the strength of the gradient magnetic field. For example, consider an EPI pre-scan and an EPI main scan in which the main scan phase encode blip is six times the pre-scan phase encode blip. In this example, the distortion in the pre-scan image can be six times larger in the phase encoding direction than the distortion in the EPI main scan. The distortion in the phase encoding direction is a geometric distortion that is dominant. The background frequency error has a larger influence on the phase encoding gradient magnetic field as the phase encoding gradient magnetic field is weaker.

工程212では、EPIプリスキャンによって収集されたデータからゴースト補正マップを生成する。ゴースト補正マップは、基本的には滑らかで、ゆるやかに変化する関数である。実施形態によっては、ゴースト補正マップは、参照することにより組み込まれた前述の特許文献1に記載の技術を用いて生成してもよい。   In step 212, a ghost correction map is generated from the data collected by the EPI prescan. The ghost correction map is basically a smooth and slowly changing function. Depending on the embodiment, the ghost correction map may be generated by using the technique described in Patent Document 1 incorporated by reference.

工程214では、工程206、208、212でそれぞれ生成されるコイル感度マップ、展開用の折り返しマップ及びゴースト補正マップのうちの1つ以上を用いて、中間展開画像を生成する。このメインスキャン画像の1回目の展開は、参照することにより組み込まれた前述の特許文献1に記載の技術に従って実行してもよい。   In step 214, an intermediate developed image is generated using one or more of the coil sensitivity map, the unfolding return map, and the ghost correction map generated in steps 206, 208, and 212, respectively. The first expansion of the main scan image may be executed according to the technique described in Patent Document 1 incorporated by reference.

工程216では、位相エンコード方向において低解像度であるプリスキャン画像を生成する。プリスキャン画像を決定するためには従来技術を用いてもよい。これらの技術は、より小さな位相エンコード傾斜磁場で収集されたプリスキャン画像を幾何学的に引き伸ばすステップを含んでもよい。また、これらの技術は、重複していないゴースト画像から主要な画像を分離することや、ゴーストと主要な画像とを適切に再結合することを含んでもよい。   In step 216, a pre-scan image having a low resolution in the phase encoding direction is generated. Conventional techniques may be used to determine the prescan image. These techniques may include geometrically stretching a pre-scan image collected with a smaller phase encoding gradient. These techniques may also include separating the main image from non-overlapping ghost images, and appropriately recombining the ghost with the main image.

工程214で生成された中間展開画像、及び、工程216で生成されたプリスキャン画像は、工程218において第1の歪みマップを生成する際に用いられる。   The intermediate development image generated in step 214 and the pre-scan image generated in step 216 are used when generating the first distortion map in step 218.

上述したように、歪みマップは、所定の再構成画像を歪ませる量をピクセル毎に定量化し、その幾何学的歪みが中間展開画像の幾何学的歪みに実質的に対応するようにしたものである。一実施形態では、選択されたEPIプリスキャンのショット(すなわち、テンプレート)がEPIメインスキャンから位相エンコード方向にシフトしていることを表す2D歪みマップを用いてもよい。以下で説明する図3は、一実施形態に係る歪みマップにおけるシフトの推定を示す。また、以下で説明する図4は、一実施形態に係る歪みの推定において用いることができるように、プリスキャン画像のFOVを拡げる工程を示す。   As described above, the distortion map is obtained by quantifying the amount of distortion of a predetermined reconstructed image for each pixel so that the geometric distortion substantially corresponds to the geometric distortion of the intermediate development image. is there. In one embodiment, a 2D distortion map may be used that represents that a selected EPI pre-scan shot (ie, template) is shifted from the EPI main scan in the phase encoding direction. FIG. 3, described below, illustrates shift estimation in a distortion map according to one embodiment. FIG. 4 described below shows a step of expanding the FOV of the pre-scan image so that it can be used in distortion estimation according to an embodiment.

一実施形態では、中程度の歪みがある画像(例えば、EPIメインスキャンにおける、より強い位相エンコード傾斜磁場により収集されたMRデータに相当)、及び、より大きな歪みのある画像(例えば、EPIプリスキャンにおける、より弱い位相エンコード傾斜磁場により収集されたMRデータに相当)の2つの画像において、対応する点を識別することにより、歪みの差の量を決定してもよい。2つの画像で対応する点は、実施形態によっては、線積分法を用いて識別することができる。以下で説明する図5及び6は、ある点における歪みの差、すなわちシフトの必要量を、線積分法を用いて決定する工程を示す。   In one embodiment, an image with moderate distortion (e.g., equivalent to MR data collected by a stronger phase encoding gradient in an EPI main scan) and an image with greater distortion (e.g., EPI pre-scan). In the two images (corresponding to the MR data collected by the weaker phase encoding gradient field), the amount of distortion difference may be determined by identifying corresponding points. The corresponding points in the two images can be identified using line integration in some embodiments. FIGS. 5 and 6 described below show a process for determining a difference in distortion at a certain point, that is, a necessary amount of shift, using a line integration method.

また、第1の歪みマップを用いて、ゴースト補正マップを歪ませてもよい。また、工程220では、第1の歪みマップを倍率変更することにより、コイル感度マップや展開用の折り返しマップがメインスキャン画像に対してどのように歪んでいるかを推定するものとなるように、第2の歪みマップを生成してもよい。   In addition, the ghost correction map may be distorted using the first distortion map. In step 220, the first distortion map is changed in magnification so that the coil sensitivity map and the unfolding map for development are estimated to be distorted with respect to the main scan image. Two distortion maps may be generated.

そのような倍率変更を行うために、まず、周波数に起因する幾何学的誤差に対する感度を、工程202による画像収集のそれぞれに関連付けることが有益であろう。例えば、EPIメインスキャンによる収集が、所定の平均位相エンコード傾斜磁場強度で行われる場合、この強度を幾何学的歪みに対する「1」の感度として任意に指定してもよい。そうすると、位相エンコード傾斜磁場を1/6に下げたEPIプリスキャンは、周波数に関するシフトから「6」の相対的な幾何学的歪みを有するであろう。EPIによっては収集できないであろうコイル感度マップは、周波数シフトのメカニズムにより位相エンコード方向の有効歪みがゼロであってもよい。したがって、EPIメインスキャンからEPIプリスキャンの歪み差は、「5」である(すなわち、この例では6マイナス1)。EPIメインスキャンからコイル感度マップの歪み差は、−1である(すなわち、0マイナス1)。   In order to make such a magnification change, it may be beneficial to first associate the sensitivity to frequency-induced geometric errors with each of the image acquisitions by step 202. For example, when the acquisition by the EPI main scan is performed with a predetermined average phase encoding gradient magnetic field strength, this strength may be arbitrarily designated as a sensitivity of “1” to the geometric distortion. Then, an EPI pre-scan with the phase encoding gradient reduced to 1/6 would have a relative geometric distortion of “6” from the shift with frequency. The coil sensitivity map that would not be collected by EPI may have zero effective distortion in the phase encoding direction due to the frequency shift mechanism. Therefore, the distortion difference between the EPI main scan and the EPI pre-scan is “5” (that is, 6 minus 1 in this example). The distortion difference from the EPI main scan to the coil sensitivity map is −1 (ie, 0 minus 1).

これに応じて誘起される歪みの必要量を変更するために、この例では比率を−1/5=−0.2とする。したがって、第1の歪みマップ内の各画素における歪み値に−0.2を掛けて、第2の歪みマップの画素値が得られる。付随する傾斜磁場効果や、大きな拡散エンコード傾斜磁場による渦電流、熱に起因するゆっくりとした周波数シフト等、その他の歪みのメカニズムを任意に考慮に入れると、実施形態において可能性のある改良が考えられる。   In this example, the ratio is set to -1 / 5 = -0.2 in order to change the required amount of strain induced accordingly. Therefore, the pixel value of the second distortion map is obtained by multiplying the distortion value of each pixel in the first distortion map by −0.2. A possible improvement in the embodiment can be considered by arbitrarily taking into account other distortion mechanisms such as the accompanying gradient field effect, eddy currents due to large diffusion-encoded gradient fields, and slow frequency shifts due to heat. It is done.

工程222では、第2の歪みマップを用いて、工程206で生成されたコイル感度マップを意図的に歪ませる。これにより、歪ませたコイル感度マップは、メインスキャン画像の歪みと実質的に等しい歪みを有する。   In step 222, the coil sensitivity map generated in step 206 is intentionally distorted using the second distortion map. Thereby, the distorted coil sensitivity map has a distortion substantially equal to the distortion of the main scan image.

工程224では、第2の歪みマップを用いて、工程208で生成された折り返しマップを意図的に歪ませる。これにより、歪ませた折り返しマップは、メインスキャン画像の歪みと実質的に等しい歪みを有する。   In step 224, the return map generated in step 208 is intentionally distorted using the second distortion map. Thereby, the distorted return map has a distortion substantially equal to the distortion of the main scan image.

工程226では、第1の歪みマップを用いて、工程212で生成されたゴースト補正マップを意図的に歪ませる。これにより、歪ませたゴースト補正マップは、メインスキャン画像の歪みと実質的に等しい歪みを有する。   In step 226, the ghost correction map generated in step 212 is intentionally distorted using the first distortion map. Thereby, the distorted ghost correction map has a distortion substantially equal to the distortion of the main scan image.

以下で説明する図7は、イメージングボリューム内に位置する被検体のEPIメインスキャンによって収集されたMRデータに基づいて生成されるようなゴーストのある画像と、被検体の1回以上のプリスキャンに基づく従来のゴースト補正マップと、一実施形態に係る意図的に歪ませたゴースト補正マップとを示す。   FIG. 7 described below shows an image with a ghost as generated based on MR data collected by an EPI main scan of a subject located in an imaging volume, and one or more pre-scans of the subject. FIG. 5 shows a conventional ghost correction map based on and an intentionally distorted ghost correction map according to one embodiment.

工程228では、工程204から得た折り返しメインスキャン画像と、工程222、224及び226でそれぞれ生成された(a)意図的に歪ませたコイル感度マップ、(b)意図的に歪ませた折り返しマップ、及び(c)意図的に歪ませたゴースト補正マップのうちの1つ以上を用いて、展開されたゴーストの少ない最終EPI診断画像が再構成される。なお、これは、メインスキャン画像の2回目の展開である。1回目の展開が幾何学的歪み補正なしで実行されるのに対して、2回目の展開は、幾何学的歪み補正を行い実行される。2回目の展開は、意図的に歪ませたゴースト補正マップを用いるゴースト除去、及び意図的に歪ませたコイル感度マップと意図的に歪ませた折り返しマップとを用いる展開/再構成を含み、ここでこれらのマップは全て、EPIメインスキャンと一致する幾何形状を有する。   In step 228, the folded main scan image obtained from step 204, (a) the intentionally distorted coil sensitivity map generated in steps 222, 224 and 226, respectively, (b) the intentionally distorted folded map. And (c) one or more of the intentionally distorted ghost correction maps are used to reconstruct the final undeveloped ghost-reduced EPI diagnostic image. This is the second development of the main scan image. The first expansion is performed without geometric distortion correction, whereas the second expansion is performed with geometric distortion correction. The second expansion includes ghost removal using an intentionally distorted ghost correction map, and expansion / reconstruction using an intentionally distorted coil sensitivity map and an intentionally distorted aliasing map, where All of these maps have a geometry that matches the EPI main scan.

なお、記載の実施形態では、再構成プロセスにおいて、それぞれの画像又はマップの構成要素間の相対的な幾何学的歪みに注意が向けられている。この場合、メインスキャン画像そのもので発生するあらゆる歪みを、明確に幾何学的補正する必要はない。本明細書における実施形態は、歪みのあるメインスキャン画像の明確な幾何学的補正を試みるプロセスと組み合わせて用いることもでき、組み合わせずに単独でも用いることができる。そのようなメインスキャン画像の歪み補正は、文献で述べられており、本明細書に記載の方法と大部分は関係のない問題と利点を伴う。本明細書に記載の実施形態は、読み出し傾斜磁場を交代する影響(ナイキストゴースト)、パラレルイメージングアーティファクト、又はこれら2つのアーティファクトメカニズムの組み合わせに関係する位置に対して、主にEPI信号の離散的な折り返しを低減することに関する。   Note that in the described embodiment, attention is directed to the relative geometric distortion between the components of each image or map during the reconstruction process. In this case, it is not necessary to geometrically correct any distortion that occurs in the main scan image itself. Embodiments herein can be used in combination with a process that attempts a clear geometric correction of a distorted main scan image, or can be used alone without any combination. Such distortion correction of the main scan image has been described in the literature and involves problems and advantages that are largely unrelated to the methods described herein. The embodiments described herein are primarily based on discrete effects of the EPI signal, for positions related to the effects of altering the readout gradient (Nyquist ghost), parallel imaging artifacts, or a combination of these two artifact mechanisms. It relates to reducing aliasing.

図3は、一実施形態に係る、例えば前述の第1の歪みマップ又は第2の歪みマップ等の2D歪みマップの推定を示す略図を示す。上述したように、一実施形態では、歪みマップは、選択されたEPIプリスキャンのショット(本明細書では「テンプレート」とも呼ぶ)が、EPIメインスキャンから位相エンコード方向にどの程度シフトしているかを示す。   FIG. 3 shows a schematic diagram illustrating an estimation of a 2D distortion map, such as the first distortion map or the second distortion map described above, according to one embodiment. As described above, in one embodiment, the distortion map indicates how much the selected EPI pre-scan shot (also referred to herein as a “template”) is shifted from the EPI main scan in the phase encoding direction. Show.

略図302は、EPIプリスキャンのショットから得られるプリスキャン画像を示している。略図304は、これに対応してEPIメインスキャンから得られるメインスキャン画像の概略図を示している。通常、EPIメインスキャンは、EPIプリスキャンの後に行われる。メインスキャン画像は、展開プロセスの後で形成してもよい。略図306は、推定された2D歪みマップを示している。2D歪みマップ306は、これは、各位置における歪み差を決定するために、展開されたメインスキャン画像304をプリスキャン画像302と比較することによって得てもよい。   A schematic diagram 302 shows a pre-scan image obtained from an EPI pre-scan shot. A schematic diagram 304 correspondingly shows a schematic diagram of a main scan image obtained from the EPI main scan. Usually, the EPI main scan is performed after the EPI pre-scan. The main scan image may be formed after the development process. Diagram 306 shows the estimated 2D distortion map. A 2D distortion map 306 may be obtained by comparing the developed main scan image 304 with the pre-scan image 302 to determine the distortion difference at each location.

略図306における矢印の向きは、個々の点(例えば、画素)における歪みの方向を示し、矢印の長さは、歪みの大きさ(例えば、シフトの大きさ)を表す。このように、歪みテンプレート又は歪みマップは、各位置におけるベクトル量(シフト値の方向及び大きさ)を含む。略図306は、例えば、メインスキャン画像と比較して、EPIプリスキャンが位相エンコード方向に様々な量でシフトしていることを示す。シフト方向が一定であると仮定した場合は、シフトテンプレートにおいて共有する必要があるのはシフト量データだけである。   The direction of the arrow in the schematic diagram 306 indicates the direction of distortion at each point (eg, pixel), and the length of the arrow indicates the magnitude of distortion (eg, the magnitude of shift). Thus, the distortion template or distortion map includes the vector amount (direction and magnitude of the shift value) at each position. The diagram 306 shows, for example, that the EPI pre-scan is shifted by various amounts in the phase encoding direction compared to the main scan image. Assuming that the shift direction is constant, only the shift amount data needs to be shared in the shift template.

図4は、一実施形態に係るプリスキャン画像におけるFOVを拡げる工程を示す。   FIG. 4 shows a process of expanding the FOV in the pre-scan image according to one embodiment.

略図402に示すように、元のプリスキャン画像は「押し潰されて」いる。画像の押し潰しは、EPIプリスキャンで用いられる位相エンコードブリップが小さくされることによるもので、その結果、略図402に見られるように、被検体の実際の画像は、ここで示すようなナイキストゴースト等のゴーストから明らかに分離している。   As shown in diagram 402, the original pre-scan image is “crushed”. The squashing of the image is due to the small phase encoding blip used in the EPI pre-scan, so that the actual image of the subject is a Nyquist ghost as shown here, as shown schematically in FIG. Clearly separated from ghosts etc.

プリスキャン画像402は、メインスキャン画像と同じFOVを有するように、設定されたか力学的に決定された伸張係数により伸張することができるので、歪み推定に用いることができる。2〜4の係数で引き伸ばすのが一般的であるが、実施形態では他の係数も可能であり考慮される。略図404は、FOVいっぱいまで伸張された後のプリスキャン画像402を示す。   Since the pre-scan image 402 can be expanded by a set or dynamically determined expansion coefficient so as to have the same FOV as the main scan image, it can be used for distortion estimation. Stretching by a factor of 2 to 4 is common, but other factors are possible and contemplated in embodiments. Diagram 404 shows prescan image 402 after it has been stretched to full FOV.

複数の受信コイルが使用される場合、実際には、画像全体にわたる使用に適したゴースト補正マップを作成するために、通常、個々のコイルからの画像を組み合わせる必要がある。マグニチュード画像が必要であってSENSE等のパラレルイメージングの組み合わせが用いられない場合、「平方和」で各コイルの画像を組み合わせるのが容易であり、非常に効果的である。しかし、種々のパラレルイメージング再構成は、様々な効果的なコイルの組み合わせのメカニズム、すなわち様々な空間強度重み付けの意味を含む。したがって、複数の画像が計算に用いられる場合、様々な空間組み合わせ技術すなわち様々な空間重み付けによって、問題となる強度差が生じ得るかを考慮することが、有益である場合がある。   When multiple receive coils are used, in practice it is usually necessary to combine the images from the individual coils in order to create a ghost correction map suitable for use throughout the image. When a magnitude image is required and a combination of parallel imaging such as SENSE is not used, it is easy to combine images of each coil by “sum of squares”, which is very effective. However, different parallel imaging reconstructions include different effective coil combination mechanisms, ie different spatial intensity weighting implications. Therefore, when multiple images are used in the calculation, it may be beneficial to consider whether different spatial combination techniques, i.e., different spatial weights, can cause problematic intensity differences.

一例では、工程216からのプリスキャン画像は、「平方和(Sum Of Squares)」で重み付けをしてもよい。   In one example, the pre-scan image from step 216 may be weighted with “Sum Of Squares”.

さらに、工程214における展開処理は、アレイコイルσaciの受信画像と、比較的均一なWBCの受信画像との間でコイル比率が形成される場合、相対的な感度マップを用いてもよい。 Furthermore, the development process in step 214 may use a relative sensitivity map when a coil ratio is formed between the received image of the array coil σ aci and the received image of the relatively uniform WBC.

周知のように、そのような展開画像の全体的な空間の重み付けは、実質的にWBCの画像のものである。   As is well known, the overall spatial weighting of such a developed image is substantially that of the WBC image.

SENSE展開均一性=WBC ・・・(3)     SENSE development uniformity = WBC (3)

そして、これら2つの画像結果の間の操作をピクセル毎に行うために、一方又は両方の画像の修正が必要なことがあり、その結果、これらの画像は単一の空間重み付けを共有する。この例では、そうした1つの補正のための修正は、工程214からの展開された画像に、画素毎に、以下のような空間強調補正を掛ける。   And in order to perform the operations between these two image results on a pixel-by-pixel basis, one or both of the images may need to be modified so that these images share a single spatial weight. In this example, such correction for one correction applies a spatial enhancement correction to the developed image from step 214 for each pixel as follows.

当然ながら、様々なコイル組み合わせ技術における正確な補正、すなわち様々なパラレルイメージングアルゴリズムにおける正確な補正は、具体的な組み合わせ方法及び具体的なパラレルイメージング法に完全に依存する。   Of course, the exact correction in various coil combination techniques, i.e. the correct correction in various parallel imaging algorithms, depends entirely on the specific combination method and the specific parallel imaging method.

図5及び6は、いくつかの実施形態による、線積分法を用いてシフト量を決定する技術を示す。線積分法によると、縦線に沿った信号の総量が保存され、その結果、画像が部分的に引き伸ばされる場合、縦線に沿った信号はその線の上又は下にシフトすることがある。このため、歪みが少ない画像の選択された画素において、例えば、線積分の際に選択された点よりも信号の45%が下で、信号の55%がこの点よりも上にあると考えられる。歪みが少ない画像に対応する正規化線積分曲線では、そのような点の振幅は0.45である。中程度の歪みがある画像と同じ割合の信号(例えば、この例では、45%がこの点未満で、55%がこの点以上)を有する、歪みがより大きい画像の正規化線積分における点を識別することにより、歪みが大きい画像において対応する画素を識別することができる。そして、2つの画像間のシフトの量は、2つの対応する画素の位置の間の差である。なお、上述した方法では、あらゆる信号値に対応する点を決定することができる。   FIGS. 5 and 6 illustrate techniques for determining shift amounts using line integration methods, according to some embodiments. With line integration, the total amount of signal along the vertical line is preserved so that if the image is partially stretched, the signal along the vertical line may shift up or down the line. For this reason, in a selected pixel of an image with little distortion, for example, 45% of the signal is below the point selected during line integration, and 55% of the signal is above this point. . In a normalized line integral curve corresponding to an image with low distortion, the amplitude of such a point is 0.45. A point in the normalized line integral of an image with higher distortion that has the same percentage of signal as an image with moderate distortion (for example, 45% is less than this point and 55% is higher than this point in this example). By identifying, it is possible to identify a corresponding pixel in an image with large distortion. And the amount of shift between the two images is the difference between the positions of the two corresponding pixels. In the method described above, points corresponding to all signal values can be determined.

これを各画素で繰り返してもよい。実施形態によっては、上記のプロセスを、行や列におけるn番目毎の画素に対してだけ繰り返してもよく、ここでnは2以上である。上記の技術は、離れた画素の中心位置だけでシフト距離を推定することに限定されない。離れた画素間の中間位置を、内挿によって決定してもよい。同様に、上述した技術は、画素サイズの個々の倍数であるシフト変位を決定することに限定されない。実際には、2つの離れた画素の振幅値は、ある割合で、2つの離れた画素の変位の振幅の組み合わせとなる。   This may be repeated for each pixel. In some embodiments, the above process may be repeated only for every nth pixel in a row or column, where n is 2 or greater. The above technique is not limited to estimating the shift distance only from the center position of the distant pixels. An intermediate position between distant pixels may be determined by interpolation. Similarly, the techniques described above are not limited to determining shift displacements that are individual multiples of the pixel size. In practice, the amplitude values of two distant pixels are a combination of the amplitudes of the displacements of the two distant pixels at a certain rate.

画素部分のレベルまで内挿することは、全ての離れた画素の変位を適用することだけに補正が限定されるとした場合、補正画像において起こり得るステッピング効果を避けるのに役立つ。   Interpolating to the level of the pixel portion helps to avoid stepping effects that can occur in the corrected image, given that the correction is limited to applying all the displaced pixel displacements.

一実施形態によると、歪みマップは、上記をピクセル毎に繰り返すことにより形成される。各位置に対して、歪みマップは、位相エンコード方向に画素の数に相当する正又は負のシフトを含む。   According to one embodiment, the distortion map is formed by repeating the above for each pixel. For each position, the distortion map includes a positive or negative shift corresponding to the number of pixels in the phase encoding direction.

略図502及び504はそれぞれ、均一なプリスキャン画像及びメインスキャン画像の中間展開画像それぞれにおける列毎、例えば、位相エンコード方向における行毎の信号値を示すグラフである。グラフ502及び504は、それぞれ(例えば、テンプレートを示す)「T」及び(例えば、EPIメインスキャンを示す)「M」として、識別される。   The schematic diagrams 502 and 504 are graphs showing signal values for each column, for example, for each row in the phase encoding direction, in each of the uniform pre-scan image and the intermediate developed image of the main scan image. Graphs 502 and 504 are identified as “T” (eg, indicating a template) and “M” (eg, indicating an EPI main scan), respectively.

略図506及び508はそれぞれ、位相エンコード方向に沿って「T」を積分した結果及び「M」を積分した結果を示している。グラフ506に示すTの積分及びグラフ508に示すMの積分がそれぞれ決定されると、各位置におけるシフトを推定することができる。例えば、Mの積分を表す曲線上の位置y毎に、振幅aを求める。そして、振幅aに対応する点が、Tの積分を表す曲線において識別される。次に、位置yzが、Tの積分を表す曲線において識別される。そして、yにおけるシフトが(y−yz)として決定される。   Schematic diagrams 506 and 508 show the result of integrating “T” and the result of integrating “M”, respectively, along the phase encoding direction. When the integration of T shown in the graph 506 and the integration of M shown in the graph 508 are respectively determined, the shift at each position can be estimated. For example, the amplitude a is obtained for each position y on the curve representing the integral of M. A point corresponding to the amplitude a is identified in the curve representing the integral of T. Next, the position yz is identified in the curve representing the integral of T. Then, the shift in y is determined as (y-yz).

図6に、一実施形態に係る図5に概要を示した推定のより詳細な図を示す。   FIG. 6 shows a more detailed view of the estimation outlined in FIG. 5 according to one embodiment.

略図602は、Tの積分を表す曲線606とMの積分を表す曲線604とを、同じグラフに示したものである。まず、位相エンコード軸上の位置yに対応する曲線604の値を、振幅aとして選択される。次のステップとして、曲線606上の振幅aに相当する、位相エンコード軸上の位置yzを識別する。   A schematic diagram 602 shows a curve 606 representing the integral of T and a curve 604 representing the integral of M in the same graph. First, the value of the curve 604 corresponding to the position y on the phase encode axis is selected as the amplitude a. As a next step, a position yz on the phase encode axis corresponding to the amplitude a on the curve 606 is identified.

略図612は、yzの決定に最も関係のある曲線604及び606の領域の一部を拡大表示した図を示している。yに対応する点614を始点として、曲線604上の振幅aを表す点616が決定される。当然ながら、この点が、曲線604上のyの位相エンコード値に対応する位置である。次に、点616と同じ振幅をもつ曲線606上の点618が識別される。示したグラフ上で、作図的に曲線604から横線を延ばすことにより点618を識別してもよく、この線は点618で曲線606と交差する。   Schematic diagram 612 shows a magnified view of a portion of the areas of curves 604 and 606 that are most relevant to determining yz. Starting from the point 614 corresponding to y, a point 616 representing the amplitude a on the curve 604 is determined. Of course, this point is the position corresponding to the phase encode value of y on the curve 604. Next, a point 618 on curve 606 having the same amplitude as point 616 is identified. On the graph shown, point 618 may be identified by drawing a horizontal line from curve 604 graphically, which intersects curve 606 at point 618.

点618が識別された後、位相エンコード軸上の対応位置yzが決定される。点620は、曲線604上の点618に対応するyzを表す。   After the point 618 is identified, the corresponding position yz on the phase encode axis is determined. Point 620 represents yz corresponding to point 618 on curve 604.

したがって、点614におけるシフトは、点614と点620の差である。言い換えれば、点yにおけるシフトは、y−yzとして表すことができる。   Therefore, the shift at point 614 is the difference between point 614 and point 620. In other words, the shift at point y can be expressed as y-yz.

図7は、ゴーストのある画像702を示している。ゴーストのある画像702は、例えば、イメージングボリューム内に位置する被検体からEPIメインスキャンによって収集されたMRデータに基づいて生成される。また、図7は、従来技術により、被検体の1回以上のプリスキャンに基づき生成された従来のゴースト補正マップ704を示している。   FIG. 7 shows an image 702 with a ghost. The ghosted image 702 is generated based on MR data collected by an EPI main scan from a subject located in the imaging volume, for example. FIG. 7 shows a conventional ghost correction map 704 generated based on one or more pre-scans of the subject according to the conventional technique.

また、図7は、第2のゴースト補正マップ706を示す。第2のゴースト補正マップ706は、一実施形態により、ゴーストのある画像702と同じ(または、ほぼ同じ)歪みを有するように従来のゴースト補正マップ704を修正することによって形成される。ゴーストのある画像702と修正されたゴースト補正マップ706との類似性は、ゴーストのある画像702と従来のゴースト補正マップ704との類似性よりも高いことが分かる。ゴースト補正マップを修正することにより、当該ゴースト補正マップはEPIメインスキャンに合致する幾何形状を有するようになる。   FIG. 7 shows a second ghost correction map 706. The second ghost correction map 706 is formed by modifying the conventional ghost correction map 704 to have the same (or nearly the same) distortion as the ghosted image 702, according to one embodiment. It can be seen that the similarity between the ghosted image 702 and the modified ghost correction map 706 is higher than the similarity between the ghosted image 702 and the conventional ghost correction map 704. By modifying the ghost correction map, the ghost correction map has a geometric shape that matches the EPI main scan.

記載の実施形態では、読み出し方向は補正されない。読み出し方向の歪み量は、位相エンコード方向の歪みと比較すると、極めて小さく、無視することができる。しかし、実施形態は、位相エンコード方向の歪みを補正する場合のみに限定されない。   In the described embodiment, the readout direction is not corrected. The distortion amount in the readout direction is extremely small compared to the distortion in the phase encoding direction and can be ignored. However, the embodiment is not limited to the case where the distortion in the phase encoding direction is corrected.

上述した実施形態では、本来滑らかであるゴースト補正マップをシフトさせ歪ませる。この構成には、データ中の相対的に小さな雑音量による誤差が、最終的な画像において重大な誤差を引き起こすことがないという利点がある。例えば、滑らかなゴースト補正マップを用いて、実際に必要とされるような2.6画素の代わりに2.8画素のシフトを生じさせると、ゴースト補正マップが0.2だけ外れる。しかし、滑らかなマップであるため、このことで画像内に重大な誤差が生じることはない。非常に小さい、2次の、又は最終的な画像において検知できない誤差しか生じない。一方、鮮明な画像特性(例えば、2つの隣接する画素間で急激に変化する画像特徴量)を有し得るメインスキャン画像をシフトさせ歪ませる場合、上述したような誤差は、20%の誤差として現れる。この20%の誤差により、鮮明な境界が急激に変化することとなって、ゴーストが生じる場合もある。   In the above-described embodiment, the originally smooth ghost correction map is shifted and distorted. This arrangement has the advantage that errors due to relatively small amounts of noise in the data do not cause significant errors in the final image. For example, using a smooth ghost correction map to cause a 2.8 pixel shift instead of 2.6 pixels as actually required, the ghost correction map is off by 0.2. However, since it is a smooth map, this does not cause significant errors in the image. Only very small, undetectable errors in the second order or final image occur. On the other hand, when a main scan image that can have sharp image characteristics (for example, an image feature amount that changes rapidly between two adjacent pixels) is shifted and distorted, the error described above is an error of 20%. appear. Due to the error of 20%, a sharp boundary changes suddenly, and a ghost may occur.

先行技術は、2つのメインスキャン画像を異なる位相エンコードで撮像する等により、メインスキャン画像そのものの歪みを取り除こうとしている。しかし、そのような技術では、スキャンを異なる瞬間に行うことに起因する誤差が生じる場合があり、ある程度シングルショットEPIの優位性を失う。   The prior art attempts to remove distortion of the main scan image itself by, for example, imaging two main scan images with different phase encodings. However, in such a technique, an error caused by scanning at different moments may occur, and the superiority of the single shot EPI is lost to some extent.

効果的なナイキスト補正の前、最中、後に10%のゴーストがあるとした場合、1%の誤差があるであろう。ここで、ナイキストマップにおいて軽度の誤差が生じ、2.2画素ずれる代わりに2.6画素のずれが生じたとする。これにより、1.1%の誤差又は2%のゴースト誤差にもなるゴーストが生じる可能性があるが、明確な境界の40%程度の誤差を診断画像(メインスキャン画像)上に投影するよりも、はるかに好ましい。   If there is 10% ghost before, during and after effective Nyquist correction, there will be 1% error. Here, it is assumed that a slight error occurs in the Nyquist map, and a shift of 2.6 pixels occurs instead of a shift of 2.2 pixels. This may result in a ghost that can be an error of 1.1% or a ghost error of 2%, but rather than projecting an error of about 40% of a clear boundary on a diagnostic image (main scan image). Much better.

実施形態では、アーティファクトが低減又は除去されたメインスキャン画像を再構成するためのアルゴリズムが、例えば2Dスライス上で用いられる。各スライスは、個別に再構成してもよい。再構成アルゴリズムを適用する「スライス」は、(2Dマルチスライスイメージングと呼ばれることが多いように)空間的に異なる幾何学的スライス位置であってもよく、(コントラスト増強拡散イメージングで一般的であるように、又はBOLD機能イメージングや脳活動等で一般的であるように)動的イメージングプロセスにおける異なる時間繰り返しであってもよい。又は、異なるスライスが、同じ幾何学的位置を繰り返し撮像することに適用されてもよい。ただし、拡散強調イメージング、又は拡散テンソルイメージング、又は拡散ファイバートラッキングの適用分野で一般的であるような、EPI読み出しの前に付加される異なる信号コントラストメカニズムで適用される。   In an embodiment, an algorithm for reconstructing a main scan image with reduced or eliminated artifacts is used, for example on 2D slices. Each slice may be reconfigured individually. The “slice” to which the reconstruction algorithm is applied may be spatially different geometric slice locations (as is often referred to as 2D multi-slice imaging), and is common in contrast-enhanced diffusion imaging Or different time iterations in the dynamic imaging process (as is common in BOLD functional imaging, brain activity, etc.). Alternatively, different slices may be applied to repeatedly image the same geometric position. However, it is applied with different signal contrast mechanisms added before EPI readout, as is common in diffusion-weighted imaging, or diffusion tensor imaging, or diffusion fiber tracking applications.

再構成アルゴリズムを異なる種類(時系列、又は異なるDWI信号重み付け等)のスライスに適用する場合、所定の幾何学的位置においてEPIメインスキャンのショット毎に1回だけのEPIプリスキャンのショット収集を行うと役立つことがある。そのため、いくつかの2D画像(本明細書では、大ざっぱに「スライス」と呼ぶ)を1セットとして、後の処理及び解析用としてもよい。(所定の物理位置における)「スライス」それぞれの再構成用に1回の、すなわち共通のEPIプリスキャンの収集を活用することにより、少なくとも2つの利点が得られる。   When the reconstruction algorithm is applied to different types of slices (such as time series or different DWI signal weights), EPI pre-scan shot collection is performed only once for each EPI main scan shot at a predetermined geometric position. And may be useful. Therefore, several 2D images (generally referred to as “slices” in this specification) may be used as a set for subsequent processing and analysis. By taking advantage of a single, or common EPI pre-scan collection, for each “slice” reconstruction (at a given physical location), at least two advantages are obtained.

第1の利点は、プリスキャンに要する時間が少ないことである。第2の利点は、時系列の全ての時間、EIPメインスキャン用に同じEPIプリスキャンを用いることで、再構成プロセスに付随的な変化が課せられず、EPIメインスキャンの再構成の時系列における変動が、EPIメインスキャンと(複数の)プリスキャンにおける変動の両方の多少漠然とした組み合わせに起因するのとは対照的に、収集の時系列におけるEPIメインスキャンのみに起因するものとして解釈できる。   The first advantage is that the time required for pre-scanning is small. The second advantage is that using the same EPI pre-scan for EIP main scans at all times in the time series, no additional changes are imposed on the reconstruction process, and in the time series of EPI main scan reconstructions. The variation can be interpreted as due only to the EPI main scan in the time series of acquisition, as opposed to due to a somewhat vague combination of variations in both EPI main scan and pre-scan (s).

実施形態では、1回の収集で1つの出力画像が得られるというEPIの特徴を犠牲にすることなく、1回以上のEPIメインスキャンと共にプリスキャンを用いる。このため、時系列効果を考慮して、一連のDWIコントラストの高速走査を可能にする上で、1回の収集で1つの出力画像が得られる特徴を犠牲にする従来技術よりも、有利である。   In an embodiment, prescan is used with one or more EPI main scans without sacrificing the EPI feature that one output image is obtained in one acquisition. Therefore, considering the time series effect, it is advantageous over the conventional technique that sacrifices the feature that one output image can be obtained by one acquisition in enabling high-speed scanning of a series of DWI contrasts. .

各物理コイルのデータは、個別に扱われる。コイル毎に、収集されたk空間データは2つのデータセットに分割され、一方は正極読み出し傾斜磁場に対応し、もう一方は負極読み出し傾斜磁場に対応する。   The data for each physical coil is handled individually. For each coil, the collected k-space data is divided into two data sets, one corresponding to the positive readout gradient and the other corresponding to the negative readout gradient.

1つの読み出し極性に対するk空間データは、もう一方の読み出し極性に対して、再構成時に「反転」される。これはEPIにおいて周知である。例えば、偶数行が「正の」読み出しで収集されると考えた場合、おそらく奇数行は、フーリエ変換(Fourier Transform:FT)再構成操作をデータに適用する前に、反転される。又は、2DFT等の後に奇数画像を読み出し方向に反転させてもよい。   The k-space data for one read polarity is “inverted” during reconfiguration with respect to the other read polarity. This is well known in EPI. For example, if even rows are considered to be collected with a “positive” readout, perhaps the odd rows are inverted before applying a Fourier Transform (FT) reconstruction operation to the data. Alternatively, the odd image may be inverted in the reading direction after 2DFT or the like.

データを偶数のk空間セットと奇数のk空間セットに分割する便利な方法は、2種類のデータセットをもつよう全データセットをコピーすることである。偶数セットになるものでは、全データセットから開始して、奇数行の全てを(複素数の)ゼロ値で置き換えてもよい。奇数のデータセットを生成するには、全データセットから開始して、全ての偶数行データをゼロで置き換えてもよい。奇数及び偶数のデータセットを生成する他の技術も可能であり、実施形態の範囲内で考えられる。   A convenient way to divide the data into even k-space sets and odd k-space sets is to copy the entire data set to have two different data sets. For what would be an even set, one could start with the entire data set and replace all of the odd rows with (complex) zero values. To generate an odd data set, starting from the entire data set, all even row data may be replaced with zeros. Other techniques for generating odd and even data sets are possible and are contemplated within the scope of the embodiments.

EPIプリスキャンのデータは、特に、一般のFOVのEPIスキャンで用いられるブリップの慣例的な振幅に比べ、より短い位相エンコードブリップで収集される。より短いブリップは、おそらく2.0〜3.0の範囲の係数で短く、被検体の見かけ上の大きさは、これに対応する2.0〜3.0の係数で位相エンコード方向に減少する。この目的は、メインスキャン画像を収縮させ、かつナイキストゴースト画像を十分に収縮させて、これらの画像が再構成において重複することがないようにすることである。したがって、通常の再構成(偶数と奇数の部分に分割する前、又は分割しない場合)では、メインスキャン画像の1つの中心部分がある複数の画像、及びナイキストゴースト信号の最も外側の画像が得られる。メインスキャン画像をゴーストから分離すること(画素が重なり合うのを防ぐこと)により、明確な割合で2つの部分が形成できる。この操作の例は、上記の非特許文献5に開示されている。   EPI pre-scan data is collected with a shorter phase encoding blip, especially compared to the conventional amplitude of blips used in a general FOV EPI scan. Shorter blips are probably shorter by a factor in the range of 2.0-3.0, and the apparent size of the subject decreases in the phase encoding direction by a corresponding factor of 2.0-3.0. . The purpose is to shrink the main scan image and sufficiently shrink the Nyquist ghost image so that these images do not overlap in the reconstruction. Thus, with normal reconstruction (before or without splitting into even and odd parts), multiple images with one central portion of the main scan image and the outermost image of the Nyquist ghost signal are obtained. . By separating the main scan image from the ghost (preventing overlapping pixels), the two parts can be formed in a clear ratio. An example of this operation is disclosed in Non-Patent Document 5 above.

そして処理ステップを用いて、(A)ナイキストゴースト信号に対するメインスキャン信号の画素毎の比率を算出し、(B)複素振幅情報ではなく複素位相変化を表すためにこの比率を制限し、(C)個々のRXコイルからの情報を組み合わせてもよい。しかし、実施形態は、(A)、(B)、(C)のいずれかを除外して考えられる。例えば、特許文献2には、ゴースト補正マップを位相情報だけに限定するステップを除外する利点や、個々のコイルに対して個々のゴースト補正マップを維持する利点等が記載されており、その全体が本明細書に組み込まれる。   Processing steps are then used to (A) calculate the ratio of each pixel of the main scan signal to the Nyquist ghost signal, (B) limit this ratio to represent complex phase changes rather than complex amplitude information, and (C) Information from individual RX coils may be combined. However, the embodiment can be considered by excluding any of (A), (B), and (C). For example, Patent Document 2 describes an advantage of excluding a step of limiting a ghost correction map to only phase information, an advantage of maintaining an individual ghost correction map for each coil, and the like. Incorporated herein.

実施形態では、ピクセル毎の位相比率(例えば、共役複素数を掛けると複素数除算と同じ複素位相角が生成されるので)を決める機能(A)と、組み合わせステップにおいてコイルデータを振幅重み付けの特定量と組み合わせる機能(C)の両方を実行する。また、大きさの操作ではなく、位相角情報に対する比率を制限する機能(B)を実行する。   In the embodiment, a function (A) for determining a phase ratio for each pixel (for example, when the complex complex number is multiplied, the same complex phase angle as the complex number division is generated), and the coil data is set to a specific amount of amplitude weighting in the combination step. Both combined functions (C) are executed. Moreover, the function (B) which restrict | limits the ratio with respect to phase angle information is performed instead of size operation.

また、ゴースト補正マップは、引き伸ばされる。プリスキャンの位相エンコードブリップは強度が低減されてしまうが、従来の全画像再構成領域のスキャンを収集する通常の方法に比べて、所定のサイズと間隔のマトリクスにk空間アレイを名目上配置することは変更されていない。したがって、位相エンコードブリップは、従来の全画像形成領域よりもおそらく2〜3の範囲の係数で少ない傾斜磁場エンコードで収集されて、意図的に「不適切」となるため、従来の2DFT再構成により、名目上の被検体サイズがユーザ規定の位相エンコードFOVに対して圧縮されている画像が得られる。   In addition, the ghost correction map is stretched. Prescan phase encoding blips are reduced in intensity, but nominally arrange a k-space array in a matrix of a predetermined size and spacing compared to the conventional method of collecting scans of the entire image reconstruction area. That has not changed. Therefore, phase encode blips are intentionally “inappropriate” because they are collected with less gradient encoding, possibly with a factor in the range of 2-3 than the conventional full imaging area, so that the conventional 2DFT reconstruction An image in which the nominal subject size is compressed with respect to the user-defined phase encoding FOV is obtained.

幾何学的に圧縮されたゴースト補正マップ「PH」を活用するために、複素数値のゴースト補正マップ「PH」がサンプリングし直され、プリスキャンのブリップが短縮されるのと同じ係数で、例えば、おそらく2〜3の範囲の係数で、位相エンコード方向に引き伸ばされる。   In order to take advantage of the geometrically compressed ghost correction map “PH”, the complex-valued ghost correction map “PH” is resampled and with the same coefficients that the prescan blips are shortened, eg It is stretched in the phase encoding direction, possibly by a factor in the range of 2-3.

名目上適切な全FOVのゴースト補正マップは、メインスキャン画像等における空間的に変化する歪みとは異なる空間的に変化する歪みを含んでもよい。   The nominally appropriate FOV ghost correction map may include a spatially varying distortion different from the spatially varying distortion in the main scan image or the like.

受信コイル(RXコイル)毎に、2つの理想的な「pseudocoils(擬似コイル)」が生成される。擬似コイルは、2つの擬似コイルの複素数比率の相違率が偶数画像と奇数画像(すなわち、正の読み出しと負の読み出し)の差に対応するように、決定される。
この例では、偶数の擬似コイル感度マップ(ここでは、2*coil−1という添字が付けられている)が、SENSEプリスキャン又はSPEEDERプリスキャン(EPIプリスキャンと混同しないこと)で収集される従来の感度マップに対応する。この例では、奇数の擬似コイル(ここでは、2*nという添字が付けられている)が、擬似コードの8行目で計算されるような追加の比率係数を適用することにより、形成される。
For each receiving coil (RX coil), two ideal “pseudocoils” are generated. The pseudocoil is determined such that the difference rate of the complex ratio of the two pseudocoils corresponds to the difference between the even and odd images (ie, positive and negative readouts).
In this example, an even number of pseudo-coil sensitivity maps (subscripted here as 2 * coil-1) are collected in SENSE prescan or SPEDER prescan (not to be confused with EPI prescan). Corresponds to the sensitivity map. In this example, an odd number of pseudocoils (here, subscripted 2 * n) are formed by applying an additional ratio factor as calculated in line 8 of the pseudocode. .

入力感度コイルマップは、名目上適切な全FOVを有しているが、メインスキャン画像における空間的に変化する歪みとは異なり、さらにEPIプリスキャン画像における歪みと異なってもよい、空間的に変化する歪みを含んでもよい。   The input sensitivity coil map has a nominally appropriate total FOV but is different from the spatially varying distortion in the main scan image and may be different from the distortion in the EPI pre-scan image. It may include distortion.

名目上圧縮されたプリスキャン画像は、引き伸ばされ、複合画像又は合成画像に変換される。ここで、合成画像は平方和方式で複合化したものである。特に同じ効果的な最終合成重み付けが後にメインスキャン画像内にかけられる場合、他の形式のコイル組み合わせを考えてもよい。例えば、これらの複合画像を、一部のSENSE再構成実装等において一般的なように、大きく実質的に均一なWBCの重み付けにより分割してもよく、分割しなくてもよい。   The nominally compressed prescan image is stretched and converted to a composite image or a composite image. Here, the composite image is a composite of the sum of squares. Other types of coil combinations may be considered, especially if the same effective final composite weighting is later applied in the main scan image. For example, these composite images may or may not be divided by large and substantially uniform WBC weighting, as is common in some SENSE reconstruction implementations and the like.

本実施形態では、複合画像であるマグニチュードプリスキャン伸張画像「MPS」は、EPIメインスキャンと実質的に同じT1とT2重み付け等を有する。   In the present embodiment, the magnitude prescan expanded image “MPS” that is a composite image has substantially the same T1 and T2 weighting as the EPI main scan.

EPI再構成は、(少なくとも)2回行われる。1回目のパスの再構成は、変位又は空間的歪み誤差を明確に補正することなく行われる。   EPI reconstruction is performed at least twice. The first pass reconstruction is performed without explicitly correcting for displacement or spatial distortion errors.

最も簡単な場合では、2回連続でEPIメインデータの再構成がある。   In the simplest case, EPI main data is reconstructed twice in succession.

ここで再構成の回数を2と仮定する。2回目のパスにおいて、もう1回完全な再構成が行われるが、今回は、空間的歪み補正が、EPIのゴースト補正マップと、SENSE又はSPEEDERコイル感度マップとに適用されている。   Here, it is assumed that the number of reconstructions is two. In the second pass, another complete reconstruction is performed, but this time the spatial distortion correction is applied to the EPI ghost correction map and the SENSE or SPEDER coil sensitivity map.

なお、より多く繰り返すと、さらにいくらか正確になり得ることも考えられる。繰り返し回数が多くなると(例えば、3以上)、マグニチュードメインスキャン画像「ME」では、ナイキストゴーストがより少なくなるはずであり、したがって、プリスキャン画像「MPS」に全体的によく一致するはずである。繰り返し回数が増えると、プリスキャン画像を再計算する必要性が減る可能性がある。これは、プリスキャン画像のゴーストが、少ない位相エンコードブリップとそれに続く画像領域における再伸張とによって、画像から除去されるからである。   It is also possible that more iterations can make it somewhat more accurate. As the number of iterations increases (eg, 3 or more), the magnitude domain scan image “ME” should have less Nyquist ghosts and therefore better overall match the prescan image “MPS”. Increasing the number of iterations may reduce the need to recalculate the prescan image. This is because the ghost of the pre-scan image is removed from the image with few phase encoding blips and subsequent re-expansion in the image area.

メインスキャン画像への適用は、パラレルイメージングの場合、各コイル又は各チャネル領域に関連付けられた原画像が位相エンコード方向に折り返されるように、実行される。メインスキャン画像の収集では、パラレルイメージング加速係数(又はパラレルイメージング係数)「R」である係数により、より強い位相エンコード傾斜磁場を適用すると有益である。加速係数は2〜3の範囲であることが一般的であるが、信号雑音比やRXコイル幾何形状等を考慮して、1.6のような端数の加速係数や、4.0のような大きい加速係数を用いてもよい。   In the case of parallel imaging, the application to the main scan image is performed such that the original image associated with each coil or each channel region is folded in the phase encoding direction. For acquisition of the main scan image, it is beneficial to apply a stronger phase encoding gradient magnetic field with a factor that is a parallel imaging acceleration factor (or parallel imaging factor) “R”. The acceleration coefficient is generally in the range of 2 to 3, but considering the signal to noise ratio, RX coil geometry, etc., a fractional acceleration coefficient such as 1.6 or 4.0 A large acceleration factor may be used.

なお、パラレルイメージング係数により、より大きな位相エンコード傾斜勾配のブリップと、ユーザにより規定された実効最終FOVに関連付けられた名目上の位相エンコードFOVよりも小さい実効位相エンコードFOVとを使用する必要性が生じた場合、この係数は、EPIプリスキャンの傾斜磁場ブリップに関連付けられた減衰係数とは異なる。例えば、プリスキャンの傾斜磁場ブリップが名目上の値の1/2であると仮定する。また、パラレルイメージング係数がR=3.0と仮定する。この場合、位相エンコードブリップの差の合計は、総係数(「AG」)6.0である。これは、EPIメインスキャン(パラレルイメージング)の幾何学的歪みがプリスキャン画像における幾何学的歪みの6.0倍になることを意味する。   Note that the parallel imaging factor necessitates the use of a larger phase encode gradient slope blip and an effective phase encode FOV that is smaller than the nominal phase encode FOV associated with the user defined effective final FOV. If this is the case, this factor is different from the damping factor associated with the EPI pre-scan gradient blip. For example, assume that the pre-scan gradient magnetic field blip is ½ the nominal value. It is also assumed that the parallel imaging coefficient is R = 3.0. In this case, the sum of the phase encode blip differences is a total coefficient (“AG”) of 6.0. This means that the geometric distortion of the EPI main scan (parallel imaging) is 6.0 times that of the pre-scan image.

なお、パラレルイメージング展開を行うために個々のコイル感度に関連付けられた個別の情報が必要である。   Note that individual information associated with individual coil sensitivities is required to perform parallel imaging development.

非特許文献1と同様のパラレルイメージング再構成を示すが、「pseudocoils(擬似コイル)」を用いるように拡張されている。「pseudocoils」の実装は、非特許文献5に記載されている。   A parallel imaging reconstruction similar to that of Non-Patent Document 1 is shown, but extended to use “pseudocoils”. The implementation of “pseudocoils” is described in Non-Patent Document 5.

「N」及び「M」は、所望の最終画像の、画素を単位とした大きさである。「R」は、2Dパラレルイメージングにおける位相エンコード方向に沿って適用されるパラレルイメージング加速係数である。   “N” and “M” are the sizes of the desired final image in units of pixels. “R” is a parallel imaging acceleration factor applied along the phase encoding direction in 2D parallel imaging.

SENSE再構成に関連付けられた種々の重み付け又は正規化があり得る。プリスキャン画像「MPS」における空間重み付けがマグニチュードメインスキャン画像「ME」と同じ重み付けを有することは、非常に有益である。   There can be various weightings or normalizations associated with the SENSE reconstruction. It is very beneficial that the spatial weighting in the pre-scan image “MPS” has the same weight as the magnitude domain scan image “ME”.

好ましくはマトリクス反転を正規化することで、擬似反転マトリクスMINVを生成し、また、エンコードマトリクス(出力「MAT」)が数値的に階数R1<Rに近い(すなわち、MATの「R番目の」特異値が最大特異値よりもはるかに小さい)状況において、過剰な雑音ゲインを避ける。   Preferably, the matrix inversion is normalized to produce a pseudo-inversion matrix MINV, and the encoding matrix (output “MAT”) is numerically close to rank R1 <R (ie, the “Rth” singularity of MAT Avoid excessive noise gain in situations where the value is much smaller than the maximum singular value.

画像のFOV縮小版における、すなわち、展開画像と対照的な折り返し画像における各画素について、処理がループする。   The process loops for each pixel in the FOV reduced version of the image, ie in the folded image as opposed to the unfolded image.

EPIプリスキャンとEPIメインスキャン(パラレルイメージング)との間の空間的歪み(DPE)を算出する。この歪み量を用いて、ゴースト補正マップを直接歪ませることができ、その結果、ゴースト補正マップはEPIメインスキャン(パラレルイメージング)と同じ歪みを有する。そして、この歪みマップを倍率変更して、EPIメインスキャン(パラレルイメージング)画像に対してコイル感度マップが結果的にどのくらい歪んでいるかを推定することができる。次に、倍率変更された歪み(DPE2)を用いて、コイル感度マップもEPIメインスキャン(パラレルイメージン)の歪みに一致する幾何学的歪みを有するように、コイル感度マップを歪ませる。   A spatial distortion (DPE) between the EPI pre-scan and the EPI main scan (parallel imaging) is calculated. The distortion amount can be used to directly distort the ghost correction map, and as a result, the ghost correction map has the same distortion as the EPI main scan (parallel imaging). Then, by changing the magnification of this distortion map, it is possible to estimate how much the coil sensitivity map is distorted as a result with respect to the EPI main scan (parallel imaging) image. Next, the coil sensitivity map is distorted so that the coil sensitivity map also has a geometric distortion that matches the distortion of the EPI main scan (parallel image) using the scaled distortion (DPE2).

繰り返しの回数を2以上にしてもよい。   The number of repetitions may be two or more.

マグニチュードプリスキャン伸張画像(MPS)とメインスキャン画像(ME)の両方に対して、位相エンコード方向に沿って画像の列毎に信号が積分される。   For both the magnitude pre-scan stretched image (MPS) and the main scan image (ME), the signal is integrated for each column of images along the phase encoding direction.

任意に2つの線積分を正規化することは有益である場合がある。例えば、プリスキャン画像が最初の収集である場合、また、TRがMZ平衡磁化の完全な回復を可能にしないことを理由にプリスキャンに続くEPIメインスキャンが僅かに飽和する場合、ME信号の全積分をMPS画像信号の全積分よりも幾分小さくしてもよい。そのような場合、おそらく特定の列において、PEのFOVを横切る全線積分の比率を決定してもよく、それがプリスキャンの全線積分に対する値「LP」及びEPIメインスキャンの全線積分の値「LE」となる。そして、線積分を、互いを基準として正規化してもよい。例えば、MPSの列から得た線積分の各画素をLPの最終の非正規化値により分割してもよく、また、MEの列から得た線積分の各画素をLEの最終の非正規化値により分割してもよい。各列に対してMEの線積分を(LM/LE)の係数により正規化するのみや、各列に対してMPSの線積分を(LE/LM)の係数により正規化するのみ等の、他の変形例も明らかに可能であり、実施形態において考えられる。   It may be beneficial to optionally normalize the two line integrals. For example, if the pre-scan image is the first acquisition, and if the EPI main scan following the pre-scan is slightly saturated because TR does not allow full recovery of the MZ equilibrium magnetization, The integral may be somewhat smaller than the total integral of the MPS image signal. In such a case, perhaps in a particular column, the ratio of the total line integral across the PE FOV may be determined, which is the value “LP” for the prescan full line integral and the EPI main scan total line integral value “LE”. " The line integrals may be normalized with respect to each other. For example, each pixel of the line integral obtained from the MPS column may be divided by the final denormalized value of LP, and each pixel of the line integral obtained from the ME column may be divided into the final denormalized LE. You may divide | segment by a value. Other than just normalizing the ME line integral for each column by the (LM / LE) coefficient, or just normalizing the MPS line integral for each column by the (LE / LM) coefficient, etc. These modifications are obviously possible and are conceivable in the embodiment.

線積分画像LEの各列に沿った各画素位置「Y」に対して、線積分の値が求められる(値「VEY」と記されている)。そして、同じ列に沿って、向きを変えてMPSの線積分を行ってもよい。MPS及びMEの値がマグニチュード画素(非負の実数の値)である場合、また、各線積分が正規化され値がゼロから1.0の範囲である場合には、各線積分は単調関数として考えてもよく、例えば、MPSの列の線積分に沿って内挿が行われるなら、一致する値が確実に求められる。   For each pixel position “Y” along each column of the line integration image LE, a value of line integration is obtained (denoted as a value “VEY”). Then, MPS line integration may be performed by changing the direction along the same column. If the values of MPS and ME are magnitude pixels (non-negative real values), and if each line integral is normalized and the value is in the range of zero to 1.0, then each line integral is considered as a monotonic function For example, if interpolation is performed along the line integral of the MPS column, a matching value can be reliably obtained.

LEにおける所定の「Y」位置に対して、振幅「VEY」が決定される。そして、MPSの線積分に沿って、値「VEY」の検索が行われる。MPSの列の線積分において増加する値の内挿の可能性を考慮すると、新たな「YP」値、すなわち対応y位置が得られる。対応するy位置は、「VEY」の全信号が分割点「YP」の「下」にあり、かつ全信号(1−VEY)が同分割点の「上」にあるように、画像をさらに分割する。この点「YP」は、LE及びLMが歪み差によってのみ変化するのであれば、対応する元の点「Y」がある位置を適切に推定したものである。したがって、2つの画像の歪み差である変位距離「DPE」=(Y−YP)は、プリスキャンにおける点YPから、又はEPIメインスキャンにおける点Yから、生成することができる。   For a predetermined “Y” position in LE, an amplitude “VEY” is determined. Then, a search for the value “VEY” is performed along the line integral of MPS. Considering the possibility of interpolation of increasing values in the line integral of the MPS column, a new “YP” value, ie the corresponding y position, is obtained. The corresponding y position further divides the image so that all the signals of “VEY” are “below” of the dividing point “YP” and all the signals (1-VEY) are “above” of the dividing point. To do. This point “YP” is an appropriate estimate of the position of the corresponding original point “Y” if LE and LM change only due to the distortion difference. Therefore, the displacement distance “DPE” = (Y−YP), which is the distortion difference between the two images, can be generated from the point YP in the pre-scan or from the point Y in the EPI main scan.

その他の歪み推定も妥当と思われ、実施形態として考えられる。例えば、2D可変歪みソフトウェア関数を用いて、位相エンコード方向(PE方向や読み出しRO方向ではない)のみに沿う変位場となる歪みを抑制してもよく、また、局所的に滑らかであり、相互情報計量を適切な限度まで引き上げる歪みマップを決定してもよい。しかし、上述した線積分技術は、YPの検索を直前のYPの位置から始めて進めることができ、1列に沿ったDPEの全値をインクリメント方式で処理できるため、計算処理が高速かつ高効率である。したがって、Y及びYPはともに、各線積分画像を横断する単一方向に「walk(移動)」する。その際、「Y」は画素を1つずつ均等に進み、「YP」は、ほとんどの場合1回におよそ1画素動くと予想されるものの、不均等な進み方をする。   Other distortion estimates are also considered valid and are considered embodiments. For example, a 2D variable distortion software function may be used to suppress distortion that becomes a displacement field along only the phase encoding direction (not the PE direction or the readout RO direction), and it is locally smooth and mutual information. A distortion map that raises the metric to an appropriate limit may be determined. However, the above-described line integration technique allows the YP search to proceed starting from the position of the immediately preceding YP, and can process all DPE values along one column in an incremental manner, so that the calculation process is fast and highly efficient. is there. Thus, both Y and YP “walk” in a single direction across each line integral image. At that time, “Y” advances the pixels evenly one by one, and “YP” is expected to move approximately one pixel at a time, but in an uneven manner.

変位マップ「DPE」は実質的に、「MPS」を「ME」に一致させるために必要とされるものであると言える。しかし、「MPS」は歪み補正マップ「PHS」と同じか同様の物理測定値であるので、PHSは「MPS」と同じか同様の歪み操作に適用可能である。歪みマップ「DPE」を適用して、「PHS」を位相エンコード方向に沿って(列に沿って)歪ませることができ、その結果、「ME」及び「CE]と名目上同じ歪みを有する。   It can be said that the displacement map “DPE” is substantially required to make “MPS” coincide with “ME”. However, since “MPS” is the same or similar physical measurement value as the distortion correction map “PHS”, the PHS is applicable to the same or similar distortion operation as “MPS”. The distortion map “DPE” can be applied to distort “PHS” along the phase encoding direction (along the columns), resulting in nominally the same distortion as “ME” and “CE”.

改良されたPHSを用いることもできる。   An improved PHS can also be used.

なお、「MPS」を歪ませることは、特に「even_main」及び「odd_main」の折り返し画像を歪ませようとするよりも好ましい。これは、「even_main」及び「odd_main」における各画素が、種々の折り返し画素の重ね合わせに実際に対応しており、また、折り返されたセットの1画素にとって適切な変位距離「DPE」であっても、他の折り返し画素位置にとっては一般に適切とはならないためである。   Note that distorting “MPS” is more preferable than trying to distort the folded images of “even_main” and “odd_main”. This is because each pixel in “even_main” and “odd_main” actually corresponds to a superposition of various folded pixels, and the displacement distance “DPE” is appropriate for one pixel in the folded set. This is because it is generally not appropriate for other folded pixel positions.

MPS(及びPHS)における歪みは、ME(及びCE)における歪みの「AG」倍である。しかし、コイル感度マップにおける歪みは、通常はるかに小さく、比較の際にはゼロと見なすことができる。したがって、歪みDPE(Y)が特定の値をもつとした場合、DPE(Y)=(AG*(DPE0)−1*(DPE0))であると見なしてもよい。ここで、DPE0はMEにおける絶対歪みである。AGは単純な定数として周知である。このように、上記をDPE0について解いてよい。具体的には、DPE=(AG−1)*DPE0となる。したがって、MEから各「map」の歪みは、DPE2=DPE*(−1/(AG−1))となる。   The distortion in MPS (and PHS) is “AG” times the distortion in ME (and CE). However, the distortion in the coil sensitivity map is usually much smaller and can be considered zero for comparison. Therefore, if the strain DPE (Y) has a specific value, it may be considered that DPE (Y) = (AG * (DPE0) -1 * (DPE0)). Here, DPE0 is the absolute strain in ME. AG is well known as a simple constant. Thus, the above may be solved for DPE0. Specifically, DPE = (AG-1) * DPE0. Therefore, the distortion of each “map” from the ME is DPE2 = DPE * (− 1 / (AG−1)).

DPE2が各感度マップに適用される。   DPE2 is applied to each sensitivity map.

改良版のPHS2とmap2を組み合わせて新たな擬似コイル感度マップが作成される。ここでは「CE」及び「ME」と実質的に同じ歪みを有するように補正された「map2」及び「PHS2」を用いる。そのため、「map2」及び「PHS2」は、ともに「CE」及び「ME」と同じ(歪ませた)位置から導出されるはずであるので、種々のマップとEPIメインスキャンデータとの間の空間的位置ずれに起因する誤差もなく、再構成を実行するために正確な値を有するはずである。   A new pseudo coil sensitivity map is created by combining the improved versions of PHS2 and map2. Here, “map2” and “PHS2” corrected to have substantially the same distortion as “CE” and “ME” are used. Therefore, “map2” and “PHS2” should both be derived from the same (distorted) positions as “CE” and “ME”, so the spatial between various maps and EPI main scan data There should be no error due to misregistration and have accurate values to perform reconstruction.

図1〜7について上述した実施形態により、パラレルイメージグの有無に関わらず、EPIでナイキストゴーストの除去を行うことが可能となり、オフレゾナンスに対する耐性、又は種々のマップとEPIメインスキャンとの位置ずれの生じやすさに対する耐性が得られる。EPIプリスキャンを、ナイキストゴーストの除去と幾何学的歪みの低減の両方に用いることができる。   The embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 7 makes it possible to remove Nyquist ghosts with EPI, with or without parallel imaging, tolerant to off-resonance, or misalignment between various maps and EPI main scans. It is possible to obtain resistance against the ease of occurrence. EPI prescan can be used for both Nyquist ghost removal and geometric distortion reduction.

メインスキャン画像に適用される補正に依存する従来技術に比べ、本明細書で開示する実施形態は、より低い解像度の再構成マップに補正を適用するので、補正において生じる空間的ジッターに対する耐性を増す技術が得られる。例えば、空間補正の質が低下するとゴースト除去の効果が低下するが、ゴーストはすでに低いレベルであるので、様々な歪みを考慮せずにメインスキャン画像を直接展開することにより生ずる誤差と比べ、これが2次効果となる。   Compared to the prior art that relies on the correction applied to the main scan image, the embodiments disclosed herein apply the correction to the lower resolution reconstruction map, thus increasing the tolerance to the spatial jitter that occurs in the correction. Technology is obtained. For example, if the quality of the spatial correction is reduced, the effect of ghost removal is reduced, but since the ghost is already at a low level, this is compared with the error caused by directly developing the main scan image without considering various distortions. This is a secondary effect.

また、実施形態において、ゴーストは低減されるが、従来のEPI空間補正法と異なり、データ収集の2以上のショット間でメインスキャン情報内容のミキシングがない。   In the embodiment, the ghost is reduced, but unlike the conventional EPI space correction method, there is no mixing of the main scan information content between two or more shots of data collection.

さらに、EPIプリスキャンは通常EPIスキャン用に実行済みであるため、従来のEPI以上の補正が実行されるにも関わらず、全スキャン時間は長くならない。EPIプリスキャンは、一般にはEPIスキャンの開始時に1〜2ショット行われ、ユーザには提示されない。ゴーストの低減、信号の平衡磁化の達成、T1平衡磁化(T1/TRコントラストの正規化)の確保、最適な受信ゲインの決定等の複数使用も可能である。歪みマップを決定する際に同じEPIプリスキャンを用いることにより、実施形態は、スキャン時間を増加させずに上述した性能を達成する。   Furthermore, since the EPI pre-scan has already been executed for the normal EPI scan, the total scan time does not become long even though the correction more than the conventional EPI is executed. The EPI pre-scan is generally performed for 1 to 2 shots at the start of the EPI scan and is not presented to the user. Plural uses such as reduction of ghost, achievement of balanced magnetization of signal, securing of T1 balanced magnetization (T1 / TR contrast normalization), determination of optimum reception gain, and the like are possible. By using the same EPI pre-scan in determining the distortion map, the embodiment achieves the performance described above without increasing the scan time.

さらに、時系列、例えば、FMRIやASLやDCEの潅流適用において、ショット毎の変動が生じることがない。真の時間変動は、「フィルタリング」されたり、「不鮮明」にされたり、「調整」されたりしない。1つの歪みマップを、時系列の複数のEPIメインスキャンに適用してもよい。   Furthermore, in a time series, for example, perfusion application of FMRI, ASL, or DCE, there is no fluctuation for each shot. True time variation is not “filtered”, “blurred” or “adjusted”. One distortion map may be applied to a plurality of time-series EPI main scans.

ナイキスト補正は、高次の空間的補正であり、したがって、局所的な渦電流、機械振動、コイルアレイにおいて変動する周波数依存性等の空間的変動を伴う誤差を補正することが可能である。   The Nyquist correction is a high-order spatial correction, and thus it is possible to correct an error accompanied by a spatial variation such as a local eddy current, a mechanical vibration, or a frequency dependency varying in the coil array.

次に、最終EPI画像を、部分k空間ホモダインフィルタリング補正、高周波画像均一化補正、傾斜歪み補正等の、様々な後処理機能にかけることができる。最終EPI画像又は後処理後の最終EPI画像から、最終診断画像が得られる。   The final EPI image can then be subjected to various post-processing functions such as partial k-space homodyne filtering correction, high frequency image homogenization correction, tilt distortion correction and the like. A final diagnostic image is obtained from the final EPI image or the post-processed final EPI image.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

20 磁気共鳴イメージング(Magnetic Resonance Imaging:MRI)装置
22 MRIシステム制御部
30 MRIシーケンス制御部
42 MRIデータ処理部
20 Magnetic Resonance Imaging (MRI) Equipment 22 MRI System Control Unit 30 MRI Sequence Control Unit 42 MRI Data Processing Unit

Claims (8)

被検体に対して、プリスキャン及びメインスキャンを含むシーケンスを実行するシーケンス制御部と、
前記プリスキャンによって収集されたデータからプリスキャン画像及び補正マップをそれぞれ生成し、前記メインスキャンによって収集されたデータからメインスキャン画像を生成する生成部と、
前記メインスキャン画像と前記プリスキャン画像との間の幾何学的な歪みの差に基づいて、前記メインスキャン画像における幾何学的な歪みと実質的に同じ歪みを有するように前記補正マップを修正する修正部と、
修正後の補正マップを用いて、前記メインスキャン画像を補正する補正部と
を備える、磁気共鳴イメージング装置。
A sequence control unit that executes a sequence including a pre-scan and a main scan on the subject;
Generating a pre-scan image and a correction map from the data collected by the pre-scan, and generating a main scan image from the data collected by the main scan;
Based on the geometric distortion difference between the main scan image and the pre-scan image, the correction map is modified to have substantially the same distortion as the geometric distortion in the main scan image. Correction part,
A magnetic resonance imaging apparatus comprising: a correction unit that corrects the main scan image using a corrected correction map.
前記シーケンス制御部は、コイル感度マップ用のプリスキャンをさらに実行し、
前記生成部は、前記コイル感度マップ用のプリスキャンによって収集されたデータからコイル感度マップをさらに生成し、
前記修正部は、前記歪みの差に基づいて、前記メインスキャン画像における幾何学的な歪みと実質的に同じ歪みを有するように前記コイル感度マップをさらに修正し、
前記補正部は、修正後のコイル感度マップをさらに用いて、前記メインスキャン画像をさらに補正する、
請求項1に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The sequence control unit further performs a pre-scan for the coil sensitivity map,
The generating unit further generates a coil sensitivity map from data collected by pre-scanning for the coil sensitivity map,
The correction unit further corrects the coil sensitivity map to have substantially the same distortion as the geometric distortion in the main scan image based on the distortion difference;
The correction unit further corrects the main scan image using the corrected coil sensitivity map.
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
前記シーケンス制御部は、パラレルイメージング用のプリスキャンをさらに実行し、
前記生成部は、前記パラレルイメージング用のプリスキャンによって収集されたデータから展開用の折り返しマップをさらに生成し、
前記修正部は、前記歪みの差に基づいて、前記メインスキャン画像における幾何学的な歪みと実質的に同じ歪みを有するように前記折り返しマップをさらに修正し、
前記補正部は、修正後の折り返しマップをさらに用いて、前記メインスキャン画像をさらに補正する、
請求項1又は2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The sequence control unit further executes a pre-scan for parallel imaging,
The generation unit further generates a folding map for development from the data collected by the prescan for parallel imaging,
The correction unit further corrects the folding map to have substantially the same distortion as the geometric distortion in the main scan image based on the distortion difference;
The correction unit further corrects the main scan image by further using the corrected folding map,
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1 or 2.
前記修正部は、前記メインスキャン画像と前記プリスキャン画像とを比較し、各位置における歪みのベクトル量を求めることで生成された第1の歪みマップを用いて、前記補正マップを修正する、
請求項1、2又は3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The correction unit compares the main scan image with the pre-scan image and corrects the correction map using a first distortion map generated by obtaining a distortion vector amount at each position.
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, 2 or 3.
前記修正部は、前記メインスキャン画像と前記プリスキャン画像とを比較し、各位置における歪みのベクトル量を求めることで第1の歪みマップを生成し、さらに、前記メインスキャン画像に対する前記コイル感度マップの歪みに応じて前記第1の歪みマップを倍率変更することで、第2の歪みマップを生成し、前記第1の歪みマップを用いて前記補正マップを修正し、前記第2の歪みマップを用いて前記コイル感度マップを修正する、
請求項2に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The correction unit compares the main scan image with the pre-scan image, generates a first distortion map by obtaining a distortion vector amount at each position, and further generates the coil sensitivity map for the main scan image. The second distortion map is generated by changing the magnification of the first distortion map according to the distortion of the first distortion map, the correction map is corrected using the first distortion map, and the second distortion map is To correct the coil sensitivity map,
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 2.
前記修正部は、前記メインスキャン画像と前記プリスキャン画像とを比較し、各位置における歪みのベクトル量を求めることで第1の歪みマップを生成し、さらに、前記メインスキャン画像に対する前記折り返しマップの歪みに応じて前記第1の歪みマップを倍率変更することで、第2の歪みマップを生成し、前記第1の歪みマップを用いて前記補正マップを修正し、前記第2の歪みマップを用いて前記折り返しマップを修正する、
請求項3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The correction unit compares the main scan image with the pre-scan image, generates a first distortion map by obtaining a distortion vector amount at each position, and further generates a first distortion map with respect to the main scan image. A second distortion map is generated by changing the magnification of the first distortion map according to the distortion, the correction map is corrected using the first distortion map, and the second distortion map is used. To correct the folding map,
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 3.
前記修正部は、線積分法を用いて、前記メインスキャン画像と前記プリスキャン画像との間で対応する点を識別し、識別した各点の間で決定された前記歪みの差に基づいて修正する、
請求項1、2又は3に記載の磁気共鳴イメージング装置。
The correction unit identifies a corresponding point between the main scan image and the pre-scan image using a line integration method, and corrects based on the distortion difference determined between the identified points. To
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, 2 or 3.
前記シーケンス制御部は、前記メインスキャンよりも位相エンコード傾斜磁場のブリップを小さくして前記プリスキャンを実行し、
前記修正部は、前記メインスキャン画像と同じFOV(Field Of View)を有するように前記プリスキャン画像を伸張した後に決定された前記歪みの差に基づいて修正する、
請求項1〜7のいずれか一つに記載の磁気共鳴イメージング装置。
The sequence control unit executes the pre-scan with a smaller blip of the phase encoding gradient magnetic field than the main scan,
The correction unit corrects based on the distortion difference determined after expanding the pre-scan image so as to have the same FOV (Field Of View) as the main-scan image,
The magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1.
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